Tutkijoille läpimurto: Fotoniset aikakiteet voivat muuttaa valon käyttöä ja hallintaa
Uusi tutkimustulos voi lähitulevaisuudessa parantaa merkittävästi esimerkiksi lasereita, antureita ja optista tietojenkäsittelyä.
Kansainvälinen tutkimusryhmä on ensimmäistä kertaa suunnitellut toimivia fotonisia aikakiteitä – eräänlaisia erikoismateriaaleja, jotka vahvistavat valoa poikkeuksellisen tehokkaasti. Läpimurto luo perustan tehokkaammille lasereille, sensoreille ja muille optisille laitteille, ja avaa siten jännittäviä mahdollisuuksia esimerkiksi viestinnän, kuvantamisen ja tunnistustekniikan aloilla.
”Tutkimuksemme haastaa valon ja aineen vuorovaikutuksen hallinnan rajat, mikä voi mahdollistaa fotonisten aikakiteiden ensimmäisen kokeellisen toteutuksen ja edistää niiden käyttöä käytännön sovelluksissa: korkean hyötysuhteen valovahvistimista ja kehittyneistä antureista innovatiivisiin laserteknologioihin”, sanoo apulaisprofessori Viktar Asadchy Aalto-yliopistosta.
Fotoniset aikakiteet ovat ainutlaatuisia optisia materiaaleja. Aikakiteen esitteli ensimmäisenä Nobel-palkittu Frank Wilczek vuonna 2012. Toisin kuin perinteiset kiteet, joiden rakenteet toistuvat tilassa, fotoniset aikakiteet pysyvät yhtenäisinä tilassa, mutta värähtelevät jaksollisesti ajassa. Tämä aikakiteiden ainutlaatuinen ominaisuus luo tilan, jossa valo pysähtyy kiteen sisällä samalla kun sen voimakkuus kasvaa eksponentiaalisesti ajan myötä.
Valon vuorovaikutuksen erikoisuutta fotonisessa aikakiteessä voi yrittää ymmärtää kuvittelemalla, että valo kulkee väliaineessa, joka vaihtelee ilman ja veden välillä tuhansia biljoonia kertoja sekunnissa. Ilmiö haastaa tavanomaisen käsityksemme optiikasta.
Yksi fotonisten aikakiteiden mahdollinen sovellus on nanosensorit.
”Kuvitellaan, että haluamme havaita pienen hiukkasen, kuten esimerkiksi viruksen, jonkin saastuttavan aineen tai syövän biomarkkerin läsnäolon. Kun tällainen hiukkanen aktivoituu, se säteilee pienen määrän valoa tietyllä aallonpituudella. Fotoninen aikakide voi vangita tämän valon ja vahvistaa sitä automaattisesti, mikä mahdollistaa tehokkaamman havaitsemisen nykyisillä laitteilla”, Asadchy sanoo.
Näkyvän valon taajuudella toimivien fotonisten aikakiteiden kehittäminen on ollut pitkään haastavaa. Tähän mennessä edistyneimmät, saman ryhmän tekemät kokeelliset toteutukset ovat rajoittuneet paljon matalampiin taajuuksiin, kuten mikroaaltoihin. Nyt julkaistussa tutkimuksessaan ryhmä ehdottaa ensimmäistä käytännön lähestymistapaa ”aidosti optisten” fotonisten aikakiteiden aikaansaamiseksi. He ennustavat, että käyttämällä valon vahvistamiseen pientä piipallojen ryhmää voidaan vaadittavat erityisolosuhteet vihdoin saavuttaa myös laboratoriossa tunnettujen optisten tekniikoiden avulla.
Ryhmään kuului tutkijoita Aalto-yliopistosta, Itä-Suomen yliopistosta, Karlsruhen teknillisestä instituutista ja Harbinin teknillisestä yliopistosta. Tutkimus julkaistiin juuri Nature Photonics -lehdessä.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Viktar Asadchy
Apulaisprofessori, Aalto-yliopisto
viktar.asadchy@aalto.fi
p. 050 420 5846
Kuvat
Linkit
Tietoa julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
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 Aalto-yliopisto
Tuotekehityksen tiennäyttäjät -palkinnot jaettiin ensimmäistä kertaa – voittajaksi nousi tulevaisuuden kaupunkiasumisen kehittäjä12.11.2024 17:30:00 EET | Tiedote
Tuotekehityksen tiennäyttäjät 2024 -palkinnot ja -kunniamaininnat on julkistettu Aalto-yliopiston Design Factoryssa. Pääpalkinnon sai KONE Veturi -projekti, joka kehittää tulevaisuuden kestävää kaupunkiasumista.
Fyysikot löysivät mullistavan uuden tavan välittää suuria tietomääriä laservalon avulla11.11.2024 08:30:00 EET | Tiedote
Valon ja sähkömagneettisten kenttien hallintaan pienissä valohurrikaaneissa keskittyvän tutkimuksen tulos voisi moninkertaistaa optisten kaapelien kautta kuljetettavan tiedon määrää.
Miehet, ruotsinkieliset ja maisterin tutkinnon suorittaneet omistavat eniten listaamattomien yritysten osakkeita5.11.2024 14:15:00 EET | Tiedote
Ensimmäisessä kattavassa selvityksessä suomalaisten henkilöomisteisten listaamattomien osakeyhtiöiden omistajista selvisi muun muassa se, että vain kolme prosenttia väestöstä omistaa näiden yhtiöiden osakkeita.
EMB 4.11. klo 22: Vauraiden maiden naudanlihan tuotannon maltillisella vähennyksellä olisi valtavat ilmastohyödyt – vastaa kolmen vuoden globaaleja fossiilisia päästöjä4.11.2024 22:00:00 EET | Tiedote
Uusi tutkimus osoittaa, että metsien uudelleenkasvatus sellaisilla laidunmailla, jotka ovat aiemmin olleet metsiä, auttaisi saavuttamaan merkittäviä ilmastohyötyjä ilman tarvetta suurille muutoksille globaalissa ruokajärjestelmässä.
Ammoniakista uusi vihreä energiaratkaisu? Tutkimusprojekti sai miljoonarahoituksen23.10.2024 10:01:00 EEST | Tiedote
Ammoniakista povataan teollisuuteen vihreän vedyn varastointimenetelmää ja merenkulkuun puhdasta polttoainevaihtoehtoa. Sen käyttöön liittyy kuitenkin monia kysymyksiä, joita selvitetään yliopistojen ja teollisuuden yhteisessä tutkimushankkeessa.
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