Nanosysteemien rakennuspalikat saivat uudet muodot

02.09.2010

Rakennuspalikoiden muodot teoreettisessa materiaalitieteessä ovat olleet suoraviivaisia – tähän saakka. Suuria rakenteita on voitu mallintaa ainoastaan yhtä rakennuspalikkaa eri suuntiin monistaen, kuten esimerkiksi rakennettaessa suuri legomuuri vain yhden tyyppisiä palikoita käyttäen. Tämän tyyppisen mallinnuksen on mahdollistanut niin kutsuttu Blochin teoreema, joka on jo 81 vuotta vanha materiaalifysiikan kulmakivi.

Toisaalta nanotiede on viime vuosina tuonut tutkijoille uuden tyyppisiä nanorakenteita, nanoputkia, nanodonitseja, nanolankoja, ja atomin ohuita kalvoja ja levyjä. Koska nanorakenteet ovat äärimmäisen heppoisia, ne myös usein vääntyvät, taittuvat, rypistyvät tai muutoin vääristyvät muodoltaan käytännössä. Koska suoraviivainen järjestys rikkoutuu, ei nanorakenteita voida enää mallintaa entisillä rakennuspalilkoilla.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi Jyväskylän yliopiston tutkijat päivittivät Blochin teoreeman uudelle vuosituhannelle. Päivitetty teoria antaa nanotieteilijöille mahdollisuuden käyttää rakennuspalikoita, joita voidaan väännellä eri tavoin; näin tutkijat voivat mallintaa realistisempia, vääntyneitä nanorakenteita. ”Tulosta voisi verrata tilanteeseen, jossa lapsi, tylsistyneenä rakentamaan kanttisilla legoilla samoja suoria muureja, saa nyt käsiinsä uuden muotoisia palikoita – ja uudet mahdollisuudet rakentaa jotakin täysin uutta”, kuvailee Jyväskylän yliopiston nanotiedekeskuksen tutkija Pekka Koskinen tuloksen merkitystä. Tutkimus, joka julkaistiin arvostetussa Physical Review Letters:issä, sai erityismaininnan "Editor's Suggestion". Tutkimusta rahoitti Suomen Akatemia, ja siinä käytettiin tieteen tietotekniikan keskuksen CSC:n laskentaresursseja.

Lisätietoja

Dosentti Pekka Koskinen, pekka.koskinen at iki.fi, puh (014) 260 4717

P. Koskinen, O. O. Kit Efficient Approach for Simulating Distorted Materials, Phys. Rev. Lett. 105, 106401

CSC - Tieteen tietotekniikan keskus Oy on voittoa tavoittelematon opetus- ja kulttuuriministeriön hallinnoima osakeyhtiö, joka tarjoaa korkeakouluille ja tutkimuslaitoksille tietoteknistä tukea ja resursseja: mallinnus-, laskenta- ja tietopalveluja. Tutkijat voivat käyttää Suomen laajinta tieteellisten ohjelmistojen ja tieteen tietokantojen valikoimaa sekä Suomen tehokkaimpia supertietokoneita Funet-tietoliikenneyhteyksien kautta.