911������

Miten hallitset valoa?

Kyse ei ole vain minusta – me kaikki teemme sitä päivittäin, kun sytytämme valot, suljemme silmät, käytämme aurinkolaseja tai otamme valokuvan.

Pohjimmiltaan valoa hallitaan vuorovaikutuksessa materiaalien kanssa. Kun valo osuu johonkin materiaaliin, se saa sen elektronit liikkeelle, mikä puolestaan synnyttää uutta valoa. Ymmärtämällä ja säätelemällä näitä ilmiöitä voimme suunnitella materiaaleja, jotka ohjaavat valoa haluamallamme tavalla. Tämän periaatteen ansiosta meillä on linssejä, peilejä ja monimutkaisia optisia laitteita. 

Kun puhumme valosta, ajattelemme yleensä vain sen näkyviä taajuuksia. Kuitenkin kaikki sähkömagneettiset aallot ovat luonteeltaan samanlaisia kuin valo. Uusien materiaalien avulla voimme hallita myös mikroaaltoja, terahertsiaaltoja ja radioaaltoja.

Mitä hyötyä valon hallinnasta on? 

Mahdollisuudet ovat valtavat. Viimeisen 120 vuoden aikana noin 20 fysiikan Nobel-palkintoa on myönnetty juuri valon hallinnan edistysaskelista.

Valoon perustuvaa teknologiaa hyödynnetään esimerkiksi lasereissa, lääketieteellisessä kuvantamisessa, tietoliikenteessä ja jopa lisätyn todellisuuden (AR) ja virtuaalitodellisuuden (VR) laseissa. Valon tutkimus johtaa tehokkaampiin näyttöihin, parempiin valonlähteisiin, nopeampiin tietoverkkoihin ja uudenlaisiin tapoihin olla vuorovaikutuksessa digitaalisen maailman kanssa – muutamia esimerkkejä mainitakseni.

Tutkimuksessasi kehität uusia materiaaleja sähkömagneettisten aaltojen hallintaan. Miksi tarvitsemme niitä?

Luonnosta löytyvät materiaalit pystyvät vaikuttamaan valoon, mutta niiden ominaisuudet ovat rajalliset. Siksi kehitämme keinotekoisia materiaaleja, joita kutsutaan metamateriaaleiksi. Muokkaamme niiden rakennetta mikroskooppisella tasolla ja luomme aivan uusia ominaisuuksia. Näin optisista laitteista voidaan tehdä pienempiä, tehokkaampia ja monikäyttöisempiä. 

Voimme esimerkiksi kehittää erittäin ohuita linssejä kameroihin tai luoda jopa näkymättömyysverhoja taivuttamalla valoa kohteiden ympärillä. Yksi lupaava sovellus on metamateriaaleista inspiroituneet ”älykkäät seinät”, jotka parantavat langattoman verkon signaalin voimakkuutta suuntaamalla sähkömagneettisia aaltoja tarkasti haluttuun suuntaan. Tämä voisi merkittävästi parantaa yhteyksiä kaupunkiympäristössä.

Mikä on suurin unelmasi tutkijana?

Nuorempana suurin unelmani oli kunnianhimoinen – ja nyt ajateltuna myös hieman naiivi. Halusin löytää kokonaan uuden voiman fysiikassa. Kaikki tunnetut voimat luokitellaan neljään ryhmään: heikko ja vahva ydinvoima, painovoima ja sähkömagneettinen voima. Unelmoin viidennen voiman löytämisestä.

Nyt unelmani on realistisempi. Haluan tehdä huippututkimusta, joka johtaa käytännön sovelluksiin elinaikanani – jotain, mikä voidaan ottaa laajalti käyttöön teollisuudessa seuraavien 20–30 vuoden aikana. Suurin saavutus olisi nähdä tutkimukseni edistävän teknologiaa ja parantavan ihmisten elämää. 

Mikä sähkötekniikassa ja optiikassa kiehtoo sinua?

Niissä yhdistyy abstrakti teoreettinen fysiikka ja reaalimaailman sovellutukset. Abstraktia ajattelua tarvitaan ymmärtääksemme asioita, joita emme yleensä voi nähdä paljaalla silmällä, kuten sähkömagneettisia aaltoja. Samalla voimme kuitenkin tehdä kokeita ja nähdä, miten tutkimuksemme vaikuttaa ympäröivään maailmaan. 

Artikkeli on julkaistu (issuu.com) toukokuussa 2025.