Digitoday

Suomen supertietokoneet hiukkaspommituksen jäljillä

Julkaistu:

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.
MAINOS (TEKSTI JATKUU ALLA)
MAINOS PÄÄTTYY

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

      Järkyttävä video: 5-vuotias oli hukuksissa useita minuutteja uima­hallin altaassa – äiti oli mennyt saunaan lämmittelemään

    2. 2

      Turussa Aurajoesta etsityn Juuso-Petterin toinenkin kenkä löydettiin

    3. 3

      8-vuotiaan isä kuoli onnettomuudessa – syyte: Äiti kavalsi poikansa perinnöstä yli 40 000 €

    4. 4

      Raskasta joulua -konsertti osoittautui raskaaksi pettymykseksi Oulussa – kuulijat raivoissaan: ”Nyt on rahastuksen makua!”

    5. 5

      Onko Venäjällä tapahtunut ydin­onnettomuus? Virasto: ”Erittäin korkeaa” radioaktiivisuutta lähellä Tsheljabinskia

    6. 6

      Kainuulainen opettaja raiskasi vaimonsa ja alisti

    7. 7

      Lauri Markkanen on takonut NBA:n ennätyksen! Chicago Bullsilta hieno kooste ilotulituksesta

    8. 8

      Synkkä arvio ilman riittävyydestä kadonneessa sukellusveneessä – syvyyksistä kuuluneen koputuksen arvoitus ratkesi

    9. 9

      Ainutlaatuinen video näyttää Therese Johaugin reaktion – tyly uutinen paljastui hänelle tv-kameroiden edessä

    10. 10

      F1-talli valitsee kuljettajaksi Robert Kubican – sensaatiomaisesta paluusta tulossa totta

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Raskasta joulua -konsertti osoittautui raskaaksi pettymykseksi Oulussa – kuulijat raivoissaan: ”Nyt on rahastuksen makua!”

    2. 2

      10 asiaa, jotka tapahtuvat, kun lakkaat syömästä leipää

    3. 3

      Susan Atkins oli vain 21-vuotias osallistuessaan maailmaa järkyttäneisiin murhiin – näin Charles Mansonin ”Perheen” jäsenille kävi

    4. 4

      Kenen Suomi-julkkiksen kanssa olet samanpituinen? Tarkista yli 150 nimen listasta

    5. 5

      Pikkulapsen väitetään tuhonneen 1 100 € meikit – kuvan sekamelskasta julkaissut nainen joutui yllättävän raivon kohteeksi

    6. 6

      Jari Sillanpää laihtui useita kiloja – havahtui muuttuneeseen ulkonäköönsä karulla tavalla

    7. 7

      Suomen halvimman uuden auton saa vuoden alusta 8 499 eurolla – katso, kuinka lukuisten autojen hinnat laskevat

    8. 8

      7 ”noloa” seksimokaa, joita häpeät ihan turhaan

    9. 9

      Synkkä arvio ilman riittävyydestä kadonneessa sukellusveneessä – syvyyksistä kuuluneen koputuksen arvoitus ratkesi

    10. 10

      Poptähti Christina Aguilera pelmahti gaalaan lähes tunnistamattomana: fanit ihmeissään muutoksesta

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Rouvan alaston yövieras tuli isäntää vastaan kotipihalla – se letkautus naulautui taksikuskin mieleen pysyvästi

    2. 2

      Yleisö häkeltyi: Sihteeri Katja kertoi seksielämästään tv-ruudussa – paukautti totuuden Napakympissä

    3. 3

      Kahden viikon päästä ei enää selviä sakoilla – huolimatonta autoilijaa uhkaa vähintään tonnin lisävero

    4. 4

      Frederik palasi matkoilta kotiin ja purskahti itkuun – avovaimo oli pakannut tavaransa ja lähtenyt

    5. 5

      Raskasta joulua -konsertti osoittautui raskaaksi pettymykseksi Oulussa – kuulijat raivoissaan: ”Nyt on rahastuksen makua!”

    6. 6

      Mitä sinä näet kuvassa? 1800-luvulla maalattu teos häkellyttää – naisen kädessä on tutunnäköinen esine

    7. 7

      Juho muutti Puolaan töihin palvelemaan suomalaisia – ”Muistan yllättyneeni katsoessani ensimmäistä palkkakuittia”

    8. 8

      6 asiaa, jotka tapahtuvat, kun lakkaat juomasta maitoa

    9. 9

      Lentokone lähti rajuun nousuun kesken laskeutumisen Helsinki-Vantaalle – matkustajat hämmästyivät

    10. 10

      Nuoren naisen pyörätuoli horjahti bussin ovella kohtalokkain seurauksin – kuskin reaktio tyrmistytti

    11. Näytä lisää
    Näitä luetaan!
    1. 1

      Järkyttävä video: 5-vuotias oli hukuksissa useita minuutteja uima­hallin altaassa – äiti oli mennyt saunaan lämmittelemään

    2. 2

      Turussa Aurajoesta etsityn Juuso-Petterin toinenkin kenkä löydettiin

    3. 3

      8-vuotiaan isä kuoli onnettomuudessa – syyte: Äiti kavalsi poikansa perinnöstä yli 40 000 €

    4. 4

      Raskasta joulua -konsertti osoittautui raskaaksi pettymykseksi Oulussa – kuulijat raivoissaan: ”Nyt on rahastuksen makua!”

    5. 5

      Onko Venäjällä tapahtunut ydin­onnettomuus? Virasto: ”Erittäin korkeaa” radioaktiivisuutta lähellä Tsheljabinskia

    6. Näytä lisää
    1. 1

      Raskasta joulua -konsertti osoittautui raskaaksi pettymykseksi Oulussa – kuulijat raivoissaan: ”Nyt on rahastuksen makua!”

    2. 2

      10 asiaa, jotka tapahtuvat, kun lakkaat syömästä leipää

    3. 3

      Susan Atkins oli vain 21-vuotias osallistuessaan maailmaa järkyttäneisiin murhiin – näin Charles Mansonin ”Perheen” jäsenille kävi

    4. 4

      Kenen Suomi-julkkiksen kanssa olet samanpituinen? Tarkista yli 150 nimen listasta

    5. 5

      Pikkulapsen väitetään tuhonneen 1 100 € meikit – kuvan sekamelskasta julkaissut nainen joutui yllättävän raivon kohteeksi

    6. Näytä lisää
    1. 1

      Rouvan alaston yövieras tuli isäntää vastaan kotipihalla – se letkautus naulautui taksikuskin mieleen pysyvästi

    2. 2

      Yleisö häkeltyi: Sihteeri Katja kertoi seksielämästään tv-ruudussa – paukautti totuuden Napakympissä

    3. 3

      Kahden viikon päästä ei enää selviä sakoilla – huolimatonta autoilijaa uhkaa vähintään tonnin lisävero

    4. 4

      Frederik palasi matkoilta kotiin ja purskahti itkuun – avovaimo oli pakannut tavaransa ja lähtenyt

    5. 5

      Raskasta joulua -konsertti osoittautui raskaaksi pettymykseksi Oulussa – kuulijat raivoissaan: ”Nyt on rahastuksen makua!”

    6. Näytä lisää