Eesti füüsik hakkab Euroopa rekordgrandi toel ülijuhtivust uurima ({{contentCtrl.commentsTotal}})

Professor Girš Blumberg ja magistritudeng Hsiang-Hsi Kung.
Professor Girš Blumberg ja magistritudeng Hsiang-Hsi Kung. Autor/allikas: Carl Blesch, Rutgersi Ülikool

Girš Blumberg kavatseb rajada Euroopa Teadusnõukogu 2,5 miljoni suuruse uurimistoetuse toel Tallinnasse KBFI-sse uue labori ülijuhtivates materjalides kvantnähtuste uurimiseks. Teadustööst võib tõusta kasu muu hulgas meditsiinitehnoloogiate vallas ja kvantarvutite loomisel.

Juba saja aasta eest leiti, et mõned materjalid muutuvad väga madalatel temperatuuridel ülijuhtideks. Tavalises elektrijuhtmes muundub alati osa elektrivoolust soojuseks, kuid ülijuhis sellist kadu pole. "Praeguseks on neid teada sadu. Nähtud on väga ainulaadseid asju, kuid mikroskoopilisel tasandil mõistetakse ülijuhtivust üpris kehvasti," viitas praegu USA-s Rutgersi Ülikoolis töötav Blumberg.

Teooria on olnud eksperimentides nähtava seletamisega sageli mõnikümmend aastat maas. See raskendab ülijuhtide täiustamist. Hakatuseks töötab neist enamik endiselt alla -190 °C temperatuuri juures. Arusaamise parandamiseks on võimalik uurida erinevaid sümmeetria rikkumisi. Näiteks saab mõnedes ülijuhtides rikutud ajaline sümmeetria.

Sümmeetria börsil ja ülijuhtides
Argielus on ajasümmeetria rikkumine kergesti hoomatav ja seotud termodünaamika teise seadusega. "Teadmine eelmisest päevast või isegi tuhandest aastast ei aita meil täpselt ennustada, mis juhtub. Muidu vaataksin eilseid lehti ja teaksin täpselt, mida täna börsil teha," selgitas Blumberg. Sarnaselt ei lähe sassis tuba iseenesest korda.

Kõigi lihtsamate füüsikaseaduste, näiteks Newtoni seaduste, ja isegi kvantmehaanika seaduspärade puhul pole seevastu oluline, kumbapidi aeg jookseb. Seda võib näha isegi mõnede kvantmehaanika seaduspärade puhul.

Ülijuhtides on seotud ajaline sümmeetria ja selle rikkumine nende magnetiliste omadustega. "Erilistes ülijuhtides tekiks magnetväli koos ülijuhtivusega iseeneslikult, kuigi tavalises ülijuhis seda ei näe. Suur küsimus on, kas selliseid ülijuhte üldse leidub. Katseandmed on vastuolulised ja pole selge, kuidas see võiks tekkida," lisas professor. Teoreetikutel oleks küll mitu seletust, kuid nende seast õige valimine on raske.

Uudne eksperiment
Osad ettepanekutest ulatuvad 30–40 aasta taha. "Levis isegi arvamus, et sellest on arusaadud ning loodeti nende pealt ehitada kvantarvuteid ja muud taolist. Viimase aasta jooksul on aga selgunud, et üle maailma tehtud eksperimentide tulemused on vanade andmetega vastuolus. Eksperimente teinud teadlased on vigu tunnistatud," sõnas Blumberg. Vastuolu lahendamisel tulebki mängu Blumbergi ja teiste KBFI teadlaste kavandatav eksperiment.

Mõõtmisteks kasutatava aparaadi üks detailidest. 

Uut tüüpi katsetega registreeritakse peegeldunud soojuskiirguse polarisatsioonitasandi pööret. Kui näiteks päikeselt tulnud valgus võngub kõigis võimalikes suundades, siis polariseerunud valguslained teevad seda vaid kindlas suunas. Sihti nimetataksegi polarisatsioonitasandiks. Katse täpne skeem on maailmas täiesti uudne. Mitmeid teisi optilisi mõõtmisi on küll tehtud, kuid need jätsid professori sõnul palju küsimusi lahtiseks.

Pärand pikemaks ajaks
Katseid saab teha vaid väga madalatel temperatuuridel, mis ulatuvad vaid mõni sajandik kraadi üle absoluutse nulltemperatuuri ehk −273,15 °C. Nõnda tuleb kasutada osa uurimistoetusest spetsiaalse külmalabori rajamiseks ja ehitada mitmeid väga tundlikeks mõõtmiseks tarvilikke seadmeid. Neid saaks kasutada pikalt ka paljude teiste süsteemide uurimiseks.

"Teine pool grandist läheb noorema põlvkonna palga jaoks, sh ka järeldoktorite ja tudengite palkamiseks," lisa Blumberg. Suurem osa vajalikust oskusteabest loodetakse leida KBFI varasemate kogemuste baasilt kohapealt ja teha koostööd ka näiteks Tartu Ülikooliga. Üksikasjad on grandi uudsuse tõttu alles lahtised.

Tehtavatest alusuuringutest võiks kasu olla näiteks meditsiinis ja kõrge energia füüsikas. Uuritavad kvantnähtused avavad ukse uutele ka võimalikele rakendustele kvantarvutite, ülitäpsete aatomkellade ja täppisseadmete loomisel. "Meie töö ja selliste väljundite vahel on õige mitu sammu, kuid teiselt poolt algavad kõik asjad väga aeglaselt ja võivad ühel hetkel hüppeliselt areneda," viitas Blumbeg.

Esimese põlvkonna katseseadmete ehitamiseks ja testimiseks kulub hinnanguliselt aasta, misjärel võib alata ääriveeri teadustöö. Kuna esimene põlvkond pole tavaliselt selleks kõige parem, hakatakse loodud lahendusi üha täiustama. Esimesi teadustulemusi võib oodata mõne aasta pärast.

Projektiga seotud KBFI teadlased Toomas Rõõm, Kirill Amelin ja Urmas Nagel. 

---
Kokku esitati seekord Euroopa Teadusnõukogule 1881 granditaotlust, neist rahuldati 185. Blumberg esitas avalduse "ERC Advanced Grant" kategoorias, kus anti välja vaid kuus granti. Ajalukku vaadates on saanud ERC grandi üheksa Eestis tegutsevat teadlast, Blumbegi oma on neist suurim, küündides 2,5 miljonini. Mujal Euroopas töötamiseks on saanud ERC grandi kaheksa eesti päritolu teadlast.

Girš Blumberg veetis koolipõlve Viljandis, misjärel ta lõpetas Tartu Ülikooli 1981. aastal. Samal aastal asus ta tööle KBFI-sse. Ta kaitses oma doktoritööd aastal 1987. Alates 1992. aastast on ta jaganud tööaega Ameerika Ühendriikide ja Eesti vahel. Aastast 2008. on ta Rutgersi Ülikooli professor Ameerika Ühendriikides.

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: