Digitoday

Valikko

Suomen supertietokoneet hiukkaspommituksen jäljillä

Helsingin yliopiston materiaalifysiikan osaston tutkimusryhmä on luonut realistisen atomimallin, jolla tutkitaan valonvahvistusta. Mallin avulla ryhmä on simuloinut tieteen tietotekniikan keskuksen CSC:n supertietokoneilla ionijälkien muodostumista ja selvittänyt, mitä piin elektronisille ominaisuuksille tapahtuu hiukkaspommituksessa.


Puolijohde on materiaali, jonka sähkönjohtavuutta voidaan kontrolloida lämpötilaa muuttamalla tai epäpuhtauksilla. Tavanomaisimpien puolijohteiden optiset ominaisuudet ovat kysyttyjä optoelektronisissa laitteissa.

CSC:n mukaan uusi nanokiteitä hyödyntävä lähestymistapa on tuonut käden ulottuville paljon toivotun piipohjaisten elektronisten laitteiden yhdistämisen optisiin piireihin samoilla edullisilla piisiruilla.

Italialainen tutkimusryhmä on osoittanut, että piinanokiteet upotettuna kiteytymättömään piidioksidiin voivat tuottaa keskitettyä laservaloa. Rajapinnan virheiden luonne selittää ilmiön osittain.

Molekyylidynamiikkaa
käyettty hyväksi


Jotta voidaan selvittää rajapintavirheiden luonne ja niiden osuus nanokiteiden ja epäjärjestyneiden aineiden valonvahvistuksessa, on tärkeää, että systeemistä on luotettava atomimalli. Flyura Djurabekova ja hänen tutkimusryhmänsä Helsingin yliopiston materiaalifysiikan osastolta ovat luoneet realistisen atomimallin molekyylidynamiikan (MD) avulla.

Mallin avulla saa perusteellisen käsityksen rajapintavirheiden luonteesta. Ryhmän analyysit virheistä paljastivat suuren määrän koordinaatiovirheitä, jotka täytyy passivoida systeemin optisten ominaisuuksien parantamiseksi. Simulaatiot osoittivat myös pii-happi-kaksoissidosten olemassaolon. Näiden sidosten tiedetään olevan säteilykeskuksia piinanokiteen ja epäjärjestyneen piidioksidin rajapinnassa.

Nanokiderakenteiden ionisäteilytys, joka on osa optoelektronisten laitteiden valmistusprosessia, aiheuttaa suurina annoksina nanokiteisen rakenteen muuttumisen epäjärjestyneeksi. Nanokiteiden pieni koko saattaa muuttaa aineen amorfoitumiskäyttäytymistä. MD-simulaatioiden avulla tutkimusryhmä selvitti, että upotettujen nanokiteiden amorfointiannokset, sekä piissä että germaniumissa, ovat yli kolme kertaa pienemmät kuin vastaavissa yksikiteisissä materiaaleissa.

Rakenteiden
ymmärtäminen


Erittäin suurenergiset raskaat ionit, kuten kulta, aiheuttavat elektronisen virittymisen takia vahingoittuneita alueita, ionijälkiä, kulkiessaan materiaalin läpi. Viimeisimmät kokeet epäjärjestyneestä piistä osoittivat ensimmäistä kertaa ydin–kuori-hienorakenteen ionijäljissä.

Tutkimusryhmä tutkii jälkien muodostumista MD-simulaatioiden avulla ja on pystynyt todistamaan, että jäljessä on alitiheä ydin ja ylitiheä kuori. Simulaatioissa jäljen mitat vastaavat hyvin kokeellisia tuloksia. Ionijälkien rakenteen ja muodostumisen ymmärtäminen on tärkeää materiaalitieteissä ja ydinfysiikassa, jotta saadaan käsitys materiaalien vaurioista ja muutoksista. Myös geokronologia, arkeologia ja planeettainvälisen aineen tutkimus hyötyvät ionijälkien tutkimuksesta.

Tutkimusryhmä on myös vertaillut tavallisen, kiteisen piin ja epäjärjestyneen piin elektronista rakennetta. Tutkimus on tärkeää, jotta voidaan paremmin ymmärtää, mitä tapahtuu piin elektronisille ominaisuuksille hiukkaspommituksessa, jossa esimerkiksi piianturit hiukkaskiihdyttimissä ovat.

CSC:n mukaan tutkimus on vielä kesken, mutta alustavat tulokset valaisevat, mitä tapahtuu piin energia-aukolle, kun materiaali muuttuu epäjärjestyneeksi ja minkälainen elektronirakenne materiaaliin muodostuu. Energia-aukko ja uudet elektronitilat määräävät suurelta osin kuinka puolijohteesta, kuten piistä, tehty laite toimii.

Kommentit

    Näytä lisää

    Näitä luetaan!
    1. 1

      Poliisia paennut mies kuoli ajettuaan auton kyljelleen Kontiolahdella – ajonopeudeksi mitattiin 205 kilometriä tunnissa

    2. 2

      Yllätyskäänne: F1-talli vaihtoi kuljettajaa

    3. 3

      Pilvi Hämäläiselle kävi hillitön asumoka – saapui Jussi-gaalaan Aina Inkerin polvisukissa: ”En muistanut, että mulla on halkio”

    4. 4

      Kommentti: Trumpin bluffi paljastui nololla tavalla – voittamisen kuningas ratsastaa nyt tappiosta toiseen

    5. 5

      Kokki Henri Alénin vakavahenkinen addiktio kävi ravintolalle kalliiksi

    6. 6

      Tuntematon numero soitti WP:n toimittajalle – uutisia kertonut soittaja olikin Donald Trump: ”Terve, Bob”

    7. 7

      Huutokauppakeisari aiheutti kaaoksen Espanjassa – kadut tukossa: ”Väkeä oli niin paljon, etteivät autot päässeet kulkemaan”

    8. 8

      Rallissa erikoinen tapaus – tunnettu tallipäällikkö jäi kiinni dopingtestissä

    9. 9

      Tiesitkö, missä lentäjät nukkuvat lennoilla?

    10. 10

      Erikoinen ilmiö Haloo Helsingin keikalla Tallinnassa – suomalaiset innostuivat erosta Suomen ja Viron lainsäädännössä

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Nuoren naisen asunnosta levisi karmea haju 48 asunnon taloyhtiöön – löydön puhdistamiseen tarvittiin siirtolava

    2. 2

      Ei työkokemusta, palkka liki 4 000 euroa – näissä ammateissa saa heti hyvät ansiot

    3. 3

      Tosi-tv-tähdet viettivät vuoden metsässä – eivät tienneet, että sarjan esittäminen oli lopetettu kesken kaiken

    4. 4

      Pilvi Hämäläiselle kävi hillitön asumoka – saapui Jussi-gaalaan Aina Inkerin polvisukissa: ”En muistanut, että mulla on halkio”

    5. 5

      Syövän voittanut äiti synnytti kaksoset, kuoli seuraavana päivänä

    6. 6

      Tiesitkö, missä lentäjät nukkuvat lennoilla?

    7. 7

      IS testasi 17 kesän uutuusjäätelöä: ”Tätä söisi yksin koko purkin”

    8. 8

      Antavasti pukeutunut nainen ja kuokka aiheuttivat uskomattoman tapauksen taloyhtiössä – isännöitsijä joutui puuttumaan

    9. 9

      Siperiasta löydettiin 7000 outoa metaanikuplaa – muuttavat maan hyytelöksi, voivat räjähtää koska tahansa

    10. 10

      Kokki Henri Alénin vakavahenkinen addiktio kävi ravintolalle kalliiksi

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Pesukoneen takaa tuli hirveä haju – huoltomiehen löytö kertoo karua kieltä suomalaisten uusavuttomuudesta

    2. 2

      11 kyytä köllötteli rinteessä – asiantuntija kertoo, kuinka käärmeistä pääsee eroon: ”Se ei tule ikinä takaisin”

    3. 3

      Uusi ennuste: Poikkeuksellinen lämpöaalto vyöryy Suomeen – keskimäärin vain noin kolme kertaa sadassa vuodessa

    4. 4

      Rovaniemen junan lähtö viivästyi yllättäen – konduktööriltä kylmäävä kuulutus: ”Junassa on vakava henkeä uhkaava tilanne”

    5. 5

      Teinityttö tervehti tuntematonta miestä koulumatkalla – siitä käynnistyi painajainen

    6. 6

      IS seurasi tapahtumien etenemistä: Terrori-isku parlamentin luona Lontoossa – 4 kuoli

    7. 7

      Suomen tunnetuin bordelli pyöri Riihimäellä – rattohotelli Bonanzan henkilökunnalla suora ohje lapsiperheiden varalle

    8. 8

      Teinityttö julkaisi hervottoman kuvaparin äidistään kostean illanvieton jälkeen – kiusallinen kuva villitsee somessa: ”Lauantai ja sunnuntai”

    9. 9

      Nuoren naisen asunnosta levisi karmea haju 48 asunnon taloyhtiöön – löydön puhdistamiseen tarvittiin siirtolava

    10. 10

      Uusi kansantauti? ”Sairastuneita on Suomessa nyt noin 44 000, ja joka vuosi reilut 2000 sairastuu”

    11. Näytä lisää
    Näitä luetaan!
    1. 1

      Poliisia paennut mies kuoli ajettuaan auton kyljelleen Kontiolahdella – ajonopeudeksi mitattiin 205 kilometriä tunnissa

    2. 2

      Yllätyskäänne: F1-talli vaihtoi kuljettajaa

    3. 3

      Pilvi Hämäläiselle kävi hillitön asumoka – saapui Jussi-gaalaan Aina Inkerin polvisukissa: ”En muistanut, että mulla on halkio”

    4. 4

      Kommentti: Trumpin bluffi paljastui nololla tavalla – voittamisen kuningas ratsastaa nyt tappiosta toiseen

    5. 5

      Kokki Henri Alénin vakavahenkinen addiktio kävi ravintolalle kalliiksi

    6. Näytä lisää
    1. 1

      Nuoren naisen asunnosta levisi karmea haju 48 asunnon taloyhtiöön – löydön puhdistamiseen tarvittiin siirtolava

    2. 2

      Ei työkokemusta, palkka liki 4 000 euroa – näissä ammateissa saa heti hyvät ansiot

    3. 3

      Tosi-tv-tähdet viettivät vuoden metsässä – eivät tienneet, että sarjan esittäminen oli lopetettu kesken kaiken

    4. 4

      Pilvi Hämäläiselle kävi hillitön asumoka – saapui Jussi-gaalaan Aina Inkerin polvisukissa: ”En muistanut, että mulla on halkio”

    5. 5

      Syövän voittanut äiti synnytti kaksoset, kuoli seuraavana päivänä

    6. Näytä lisää
    1. 1

      Pesukoneen takaa tuli hirveä haju – huoltomiehen löytö kertoo karua kieltä suomalaisten uusavuttomuudesta

    2. 2

      11 kyytä köllötteli rinteessä – asiantuntija kertoo, kuinka käärmeistä pääsee eroon: ”Se ei tule ikinä takaisin”

    3. 3

      Uusi ennuste: Poikkeuksellinen lämpöaalto vyöryy Suomeen – keskimäärin vain noin kolme kertaa sadassa vuodessa

    4. 4

      Rovaniemen junan lähtö viivästyi yllättäen – konduktööriltä kylmäävä kuulutus: ”Junassa on vakava henkeä uhkaava tilanne”

    5. 5

      Teinityttö tervehti tuntematonta miestä koulumatkalla – siitä käynnistyi painajainen

    6. Näytä lisää