Tampereen yliopisto

Väitös: Silkkipaperia ohuemmilla lasereilla ratkotaan tietoliikenteen, ilmastotutkimuksen ja lääketieteen haasteita

Jaa

Miten valmistaa jotain, mitä ei voi nähdä paljain silmin tai koskettaa käsin? Heidi Tuorila etsii vastauksia tähän kysymykseen väitöstutkimuksessaan, joka käsittelee mikrometrikokoisten lasersirujen kehittyneitä valmistusmenetelmiä. Näillä hädin tuskin paljaalla silmällä näkyvillä siruilla voidaan luoda uuden sukupolven monikäyttöisiä valoa hyödyntäviä puolijohdepiirejä. Siruja voidaan käyttää esimerkiksi älykelloissa ja datakeskuksissa, mutta niitä on vaikea valmistaa.

Valokuvassa on henkilö laboratoriotilassa.
Väitöskirjatutkija Heidi Tuorila Tampereen yliopistosta. Roosa Hytönen

Puolijohteisiin kuuluvasta piistä valmistetaan tällä hetkellä käytännössä kaikki maailman mikroprosessorit, joita löytyy tietokoneista tiskikoneisiin ja älykelloista autoihin. Nykyinen tietoyhteiskunta on riippuvainen mikrosiruista, joita Euroopan komission mukaan valmistettiin vuonna 2020 maailmanlaajuisesti biljoona kappaletta. Lisätäkseen omavaraisuusastettaan Eurooppa panostaa merkittävästi puolijohdeteknologian kehittämiseen esimerkiksi uuden sirusäädöksen avulla (European Chips Act).

Sähköiset mikropiirit ovat olleet käytössä jo pitkään ja niiden kysyntä jatkuu. Nyt rinnalle ovat tulossa valoon perustuvat mikropiirit, jotka voivat siirtää enemmän dataa nopeammin. Valon hyödyntäminen luo myös mahdollisuuksia mikropiireissä uusille ominaisuuksille, joita voidaan käyttää esimerkiksi kaasujen ja biologisten merkkiaineiden tunnistuksessa. Heidi Tuorila kertoo, että haasteena on kehittää pienikokoista teknologiaa, joka mahdollistaa suurten laboratoriolaitteiden pakkaamisen yhdelle sirulle, vaikkapa älykelloon.

– Tulevaisuudessa älykello voisi esimerkiksi seurata veresi merkkiainepitoisuuksia ilman retkeä verikokeisiin, Tuorila visioi.

Laajemmasta näkökulmasta piimikrosirujen sisältämien äärimmäisen pienikokoisten rakenteiden valmistaminen itsessään ei ole uutta, mutta vaatii suuria investointeja kehittyneisiin puhdastiloihin ja laitteistoihin. Valoon perustuvien piirien valmistuksessa uusia puolijohdemateriaaleja tarvitaan nimenomaan sirujen valonlähteiksi. Näiden lasersirujen liittäminen osaksi suurempaa piistä valmistettua mikropiiriä on yksi alan suurista haasteista.

Väitöskirjatyössään Heidi Tuorila ratkoo tätä ongelmaa kehittämällä lasersirujen valmistusmenetelmiä ja rakenteita, jotka mahdollistavat piin ja uusien puolijohdemateriaalien liittämisen yhteen. Valoa ohjaavien piirien rakenteet on kohdistettava toistensa kanssa muutaman sadan nanometrin tarkkuudella, muutoin valo ja sitä myöten data vuotavat pois. Sata nanometriä vastaa millin kymmenestuhannesosaa.

– On siis kyettävä varmistamaan materiaalien ja rakenteiden yhteensopivuus sellaisessa kokoluokassa, joka on aivan liian pieni, jotta voisimme kajota suoraan siruihin murskaamatta niitä. Välillä hyvinkin yksinkertaiselta kuulostava kappaleiden yhteensovitus muuttuu lähes mahdottomaksi, kun nuppineulan kärki mikroskoopilla katsottuna näyttää puunrungolta laserin rakenteiden rinnalla, hän havainnollistaa.

Tuorilan väitöstutkimuksessa erityistä on myös laaja kehitys- ja tutkimustyö erilaisten materiaalien parissa. Hänen mukaansa eri materiaalit mahdollistavat erilaisia sovelluskohteita ja työssä kehitetyt ratkaisut palvelevat laajaa sovelluskenttää.

Heidi Tuorila toteutti väitöskirjatutkimuksensa Optoelektroniikan tutkimuskeskuksessa (ORC) Tampereen yliopistossa valvojinaan professori Mircea Guina ja TkT Jukka Viheriälä. Tutkimustyö tehtiin tiiviissä yhteistyössä VTT:n piifotoniikkaryhmän ja Irlannin Tyndall instituutin kanssa. Tutkimusta rahoittivat useat EU-projektit, Business Finland ja Suomen Akatemian fotoniikan tutkimuksen ja innovaatioiden lippulaiva PREIN.

Väitöstilaisuus torstaina 14. marraskuuta

Diplomi-insinööri Heidi Tuorilan fotoniikan kuuluva väitöskirja “Advanced GaAs, InP and GaSb optoelectronics for hybrid photonic integrated circuits” tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa torstaina 14.11.2024 kello 12:00 Hervannan kampuksella, Tietotalon auditoriossa TB109 (Korkeakoulunkatu 1, Tampere).

Vastaväittäjänä toimii professori Ilkka Tittonen Aalto yliopistosta. Kustoksena toimii professori Mircea Guina Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Heidi Tuorila
041 528 5183
heidi.tuorila@tuni.fi

Kuvat

Valokuvassa on henkilö laboratoriotilassa.
Väitöskirjatutkija Heidi Tuorila Tampereen yliopistosta.
Roosa Hytönen
Lataa

Linkit

Tampereen yliopisto kytkee yhteen tekniikan, terveyden ja yhteiskunnan tutkimuksen ja koulutuksen. Teemme kumppaniemme kanssa yhteistyötä, joka perustuu vahvuusalueillemme sekä uudenlaisille tieteenalojen yhdistelmille ja niiden soveltamisosaamiselle. Luomme ratkaisuja ilmastonmuutokseen, luontoympäristön turvaamiseen sekä yhteiskuntien hyvinvoinnin ja kestävyyden rakentamiseen. Yliopistossa on 22 000 opiskelijaa ja henkilöstöä yli 4 000. Rakennamme yhdessä kestävää maailmaa.

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Tampereen yliopisto

Väitös: Kulttuurisen selviytymisen ymmärtäminen vaatii yhteisöllistä tietoa29.10.2024 08:15:00 EET | Tiedote

Ihmisten selviytymistä ja selviytymiskykyisyyttä lähestytään usein yksilötason ilmiönä. Selviytymisellä on kuitenkin myös kulttuurinen ulottuvuutensa, joka tulee huomioida ekologisessa siirtymässä. Yhteiskuntatieteiden maisteri Miina Kaartinen syventyi väitöstutkimuksessaan selviytymiseen monitieteisenä ilmiönä. Tutkimuksen tuloksena syntyi jäsennys kulttuurisesta sosiaalityöstä.

Teams, toimisto vai sekä että? Monipaikkainen työ vaatii luottamusta ja yhteistyökykyä24.10.2024 15:56:57 EEST | Tiedote

Lähi- ja etätyön eduista ja haitoista käydään kiivasta keskustelua. Teemaa on myös tutkittu: sekä etä- että lähityössä on tuottavuutta ja työhyvinvointia tukevia ja haastavia tekijöitä. Erityisesti tieto- ja asiantuntijatyössä tapojen yhdistäminen näyttää tuottavan parhaita tuloksia. Tutkijoiden mukaan johto ja henkilöstö ovat monipaikkaisesta työstä yksimielisempiä kuin julkisuudessa puhutaan.

Tulevaisuuden terveydenhuollon ammattilainen taitaa robolukutaidon24.10.2024 14:38:59 EEST | Tiedote

Robottilukutaito on tulevaisuuden taito. Tällä hetkellä terveydenhuollon palvelurobotteja käytetään muun muassa opastustehtävissä, etähoidossa, kuntoutuksen apuna ja logistisissa tehtävissä. Terveydenhuollossa sovelletut robotit eivät vaadi vain digilukutaitoa, vaan erityistä robolukutaitoa, jossa robotin kanssa työskentelevä osaa paitsi toimia digitaalisessa ympäristössä, myös lukea laitetta.

Maailman ensimmäinen sähkötön kosketuslevy vie anturiteknologian äärimmäisiin olosuhteisiin24.10.2024 09:40:00 EEST | Tiedote

Tampereen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet maailman ensimmäisen pehmeän kosketuslevyn, joka tunnistaa kosketuksen voiman, pinta-alan ja sijainnin ilman sähköä. Laite hyödyntää pneumaattisia kanavia, mikä mahdollistaa sen käytön esimerkiksi magneettikuvauslaitteissa ja muissa olosuhteissa, joihin sähköiset laitteet eivät sovellu. Myös pehmeät laitteet, kuten pehmorobotit ja kuntoutuksen apuvälineet, hyötyvät uudesta teknologiasta.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme
HiddenA line styled icon from Orion Icon Library.Eye