Uudenlaisten molekyylien magneettisista ominaisuuksista on saatu uutta tutkimustietoa, jota voidaan hyödyntää mikroskooppisten rakennuspalikoiden suunnittelemisessa tulevaisuuden kvanttiteknologioihin.
Yksittäismolekyylimagneetit ovat molekyylejä, jotka muistavat kauan niihin aiemmin kohdistetun magneettikentän suunnan ja tästä syystä niihin voidaan ”kirjoittaa” informaatiota. Perinteisissä magneettiseen tallentamiseen käytetyissä materiaaleissa tieto on varastoituna ykkösinä ja nollina, mutta yksittäismolekyylimagneeteissa tieto voi olla kirjoitettuna myös äärettömän monena erilaisena yhdistelmänä ykkösestä ja nollasta. Tämä mahdollistaa sen, että yksittäismolekyylimagneetteja voidaan tulevaisuudessa käyttää esimerkiksi kvanttitietokoneiden laskentayksiköissä. Käytännön sovellusten kannalta on kuitenkin ongelmallista, että yksittäismolekyylimagneettien ominaisuudet ovat havaittavissa yleensä vain äärimmäisen alhaisissa lämpötiloissa, jotka voidaan saavuttaa ainoastaan laboratorio-olosuhteissa. Jotta tällaisia materiaaleja voitaisiin hyödyntää käytännön teknologisissa innovaatioissa, täytyy materiaaleja kehittää siten, että ne toimivat myös helpommin saavutettavissa olosuhteissa.
Akseli Mansikkamäki tutki väitöskirjatyössään uusien magneettisten molekyylien elektronirakennetta ja magneettisia ominaisuuksia käyttäen tietokoneavusteisia laskennallisia menetelmiä ja teoreettisen fysiikan malleja. Tutkimuksessa keskityttiin erityisesti suuntariippuvien eli anisotrooppisten magneettisten ominaisuuksien ja vuorovaikutusten tutkimiseen. Useissa tarkastelluissa molekyyleissä oli raskaita lantanidi-ioneja, jotka elektronirakenteessa puolesta soveltuvat erityisen hyvin yksittäismolekyylimagneettien rakenneosiksi.
- Näiden ionien elektronirakenteen mallintaminen on kuitenkin äärimmäisen vaikeaa, koska laskuissa täytyy huomioida suhteellisuusteoria sekä siihen liittyvä elektronien magneettisen momentin kytkeytyminen niiden ratapyörimisliikkeeseen. Laskut ovat kuitenkin mahdollisia käyttämällä merkittäviä tietokoneresursseja ja tehokkaita ohjelmistoja, kertoo Mansikkamäki.
Alkuaskel yksittäismolekyylimagneettien soveltamiseen
Uusien, parempien yksittäismolekyylimagneettien suunnittelu vaatii syvällistä ymmärrystä siitä, miten yksittäisten molekyylien magneettiset ominaisuudet liittyvät niiden elektronirakenteeseen, ja miten tähän elektronirakenteeseen voi vaikuttaa molekyylien kemiallisella muokkauksella.
Tutkimuksen aikana muun muassa karakterisoitiin uusi yksittäismolekyylimagneetti, jonka magneettiset ominaisuudet säilyvät ennätyksellisessä 60 kelvinin lämpötilassa, sekä kehitettiin uusi malli lantanidi-ionien välisen voimakkaan vuorovaikutuksen kuvaamiseen. Lisäksi saatiin paljon tietoja molekyylien kemiallisen rakenteen vaikutuksesta niiden magneettisiin ominaisuuksiin.
- Tutkimustuloksia voidaan hyödyntää uusien yksittäismolekyylimagneettien suunnittelussa. Tällaiset systeemit voivat olla tulevaisuudessa ratkaisevassa asemassa informaatioteknologian uudessa kvanttivallankumouksessa, sanoo Mansikkamäki.
FM Akseli Mansikkamäen kemian väitöskirjan "Theoretical and Computational Studies of Magnetic Anisotropy and Exchange Coupling in Molecular Systems" tarkastustilaisuus perjantaina 20.4.2018 klo 12:00 salissa KEM4. Vastaväittäjänä professori Juha Vaara (Oulun yliopisto) ja kustoksena professori Heikki Tuononen (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuus on englanninkielinen.
Lisätietoja:
Akseli Mansikkamäki valmistui ylioppilaaksi Tampereen lyseon lukiosta vuonna 2006. Hän aloitti kemian opinnot Jyväskylän yliopistossa syksyllä 2009 ja valmistui filosofian maisteriksi vuonna 2013 pääaineenaan fysikaalinen kemia. Vuodesta 2014 alkaen hän on työskennellyt Jyväskylän yliopistossa ensin tohtorikoulutettavana ja tällä hetkellä projektitutkijana. Väitöskirjatutkimuksen aikana hän on toiminut myös vierailevana tutkijana Leuvenin yliopistossa Belgiassa.
Väitöskirja on julkaistu sarjassa Department of Chemistry, University of Jyväskylä Research Report Series numerona 207, 190 s., Jyväskylä 2018, ISSN 0357-346X; 207, ISBN 978-951-39-7386-5 (painettu), ISBN 978-951-39-7387-2 (digitaalinen). Linkki väitöskirjaan: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-39-7387-2
Jyväskylän keskustassa sijaitsevan yliopiston kauniilla puistokampuksella sykkii monitieteinen ja moderni tiedeyliopisto – ihmisläheinen ja dynaaminen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomisen kysymyksiin. Jyväskylän yliopisto on ollut tulevaisuuden palveluksessa jo vuodesta 1863, jolloin suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa täältä. Voimanlähteenämme on moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi.
© Koodiviidakko Oy - Y-tunnus 1939962-1