University of Jyväskylä

10/29/2025 | Press release | Distributed by Public on 10/28/2025 22:14

Nanomittakaavan lämpösähköiset ilmiöt tuovat uutta näkökulmaa energianhallintaan

Nanomittakaavan lämpösähköiset ilmiöt tuovat uutta näkökulmaa energianhallintaan

Uusi kvanttikuljetusteoria paljastaa, miten femtosekuntien aikaskaalan lämpösähköiset vaihtelut vaikuttavat energian hallintaan nanomittakaavassa. Jyväskylän yliopisto on ollut mukana kehittämässä uutta teoreettista lähestymistapaa, joka mahdollistaa yksittäisten molekyylien muodostamien nanoliitosten lämpötilaerojen ja sähkövirtojen tarkan simuloinnin. Tutkimus avaa uusia näkymiä esimerkiksi kvanttitietokoneiden komponenttien kehittämiseen.
Laskennallinen viitekehys, joka perustuu epätasapainotilan Greenin funktioihin, mahdollistaa tarkat ja tehokkaat ennusteet nanomittakaavan lämpösähköiselle optimoinnille.
Julkaistu
29.10.2025

Lämpösähköisessä ilmiössä lämpötilaero synnyttää sähköä. Tunnettu esimerkki on Seebeckin ilmiö, jossa materiaalin päiden välille syntyy jännite, kun ne ovat eri lämpötiloissa. Toisaalta Peltierin ilmiössä, joka on käänteinen Seebeckin ilmiölle, saa sähkövirta aikaan lämpenemistä toisessa päässä ja jäähtymistä toisessa.

- Elektroniikassa ilmiö on erityisen kiinnostava, sillä komponentit tuottavat jatkuvasti hukkalämpöä. Jos tuo lämpö saataisiin muutettua takaisin hyödylliseksi sähköksi ja samalla hallittua kuumenemista, voisi laitteista tulla selvästi energiatehokkaampia, selventää yliopistonlehtori Riku Tuovinen Jyväskylän yliopistosta.

Teoriasta käytäntöön

Jyväskylän yliopiston ja Wroclawin tiede- ja teknologiayliopiston tutkijoiden yhteistyö paljastaa, kuinka yksittäisten molekyylien muodostamissa nanoliitoksissa lämpötilaerot ja sähkövirrat käyttäytyvät, kun molekyylin elektronit eivät ole tasapainotilassa vaan liikkuvat edestakaisin ajan myötä. Tätä varten kehitettiin uusi lähestymistapa ajasta riippuvaan kvanttikuljetusteoriaan. Sen avulla voidaan tarkastella nanomittakaavan rakenteita, joissa yksinkertaiset mallit eivät riitä kuvaamaan monisäikeisiä kvantti-ilmiöitä. Kehitetty teoria on jo viety käytäntöön CHEERS-laskentaohjelmistossa, joka mahdollistaa nanomittakaavan lämpösähköisten prosessien tarkan simuloinnin.

- Teoreettiset tuloksemme osoittavat, että molekyyliliitoksissa esiintyy ultralyhyitä ajanjaksoja, jolloin lämpösähköisen muunnoksen hyötysuhde voi ylittää tasapainotilassa saavutettavan tason, kertoo Tuovinen. Tällaiset lyhytaikaiset tehokkuuspiikit osoittavat, että lämpösähköisen ilmiön dynaaminen tarkastelu on ratkaisevan tärkeää sekä nanomittakaavan prosessien ymmärtämisessä että tulevien kvantti- ja energiateknologioiden kehittämisessä, hän jatkaa.

Nanotason energianhallinta vaatii kvanttidynamiikan syvällistä ymmärrystä

Tutkimus osoittaa, että molekyyliliitoksissa tapahtuvat femtosekuntien aikaskaalan lämpösähköiset vaihtelut voivat avata uusia mahdollisuuksia energian hallintaan nanomittakaavan komponenteissa.

- Tämä on erityisen merkittävää tulevaisuuden teknologioille, esimerkiksi kvanttitietokoneissa käytettävien kubittien ultranopeiden bolometrien kehittämisessä, täydentää Tuovinen.

Tutkimus korostaa, että ajasta riippuvien kvantti-ilmiöiden ymmärtäminen on keskeistä, kun pyritään hyödyntämään nanomittakaavan rakenteissa tapahtuvaa lämmönsiirtoa.

Tutkimus on julkaistu PRX Energy -julkaisusarjassa 15.10.2025.

Artikkelin tiedot:

Epätasapainotilan kvanttimateriaalit

Jaa tämä artikkeli

Riku Tuovinen
Yliopistonlehtori

Tilaa Jyväskylän yliopiston tieteen uutiskirje!

Tilaamalla Tiedonportti-uutiskirjeemme saat ajankohtaiset tiedeuutiset, -blogit ja -artikkelit suoraan sähköpostiisi. Voit perua kirjeen tilauksen koska tahansa.

Tietosuojailmoitus

Sähköpostiosoite

Aiheeseen liittyvä sisältö

Tiedeuutinen
15.8.2024

Kvanttien pumppausta molekyyliliitoksissa

Yhteistyönä on syntynyt uusi teoreettinen mallinnustekniikka, jota voidaan mahdollisesti tulevaisuudessa hyödyntää molekyylielektroniikan kytkimien tai vahvistimien suunnittelussa.
Tiedeuutinen
9.1.2025

Kvanttiteknologioiden kehittämiseen 3,2 miljoonan euron rahoitus Euroopan innovaationeuvostolta

Nelivuotinen EQUSPACE-hanke on saanut 3,2 miljoonan euron rahoituksen Euroopan innovaationeuvoston (EIC) Pathfinder Open -rahoitusohjelmasta, joka tukee visionäärisiä tutkimusryhmiä kehittämään tieteellistä perustaa läpimurtoteknologioille.
Artikkeli
13.2.2024

Kvanttilippulaivassa tehdään kvanttihyppyjä kohti uutta teknologiaa

Jyväskylän yliopisto on mukana Suomen Akatemian nimittämässä kvanttilippulaivassa, jossa laaja kansallinen yhteistyö edistää suomalaisen yhteiskunnan valmiutta kvanttiteknologiamurrokseen.

Muita uutisia

Artikkeli
9.9.2025

Pikkuruinen biopankki ja tiivistyvä yhteistyö - odotettavissa uutta tietoa ikääntymisen tueksi

Jyväskylän yliopistossa aloitti tänä vuonna uusi tutkimuksen profilointialue, jossa etsitään aiempaa avarammalla katseella keinoja ikääntyneiden toimintakyvyn ja sairauksista toipumisen edistämiseen.
Tiedeuutinen
8.9.2025

Uusi kirja kvantti-ilmiöiden mallintamisesta on matka kvanttimaailmaan

Uusi "A Practical Course on Quantum Monte Carlo" -kirja käsittelee kvantti-Monte Carlo -menetelmää. Kirjan on kirjoittanut fysiikan laitoksen yliopistotutkijan Vesa Apaja.
Tiedeuutinen
25.8.2025

Ensimmäinen absoluuttinen suprajohtava kytkin magneettisessa laitteessa

Jyväskylän yliopiston tutkijat ovat olleet mukana kehittämässä magneettisissa laitteissa toimivaa suprajohtavaa kytkintä. Kytkin on avaintekijä mm. energiatehokkaamman tieto- ja viestintäteknologian luomisessa.
University of Jyväskylä published this content on October 29, 2025, and is solely responsible for the information contained herein. Distributed via Public Technologies (PUBT), unedited and unaltered, on October 29, 2025 at 04:14 UTC. If you believe the information included in the content is inaccurate or outdated and requires editing or removal, please contact us at [email protected]