Professori Tommi Hakalan mukaan nanofotoniikka on tieteenala, jossa tavoitellaan optisten laitteiden pienentämistä ja valon monipuolista hyödyntämistä teknologiassa.
Nanofotoniikalla on tulevaisuudessa rajattomat sovellusmahdollisuudet
– Tietokoneiden elektronisia komponentteja on pienennetty jo pitkään. Prosessorien kokoa kasvatetaan, mutta yksittäisten transistoreiden hitaus ja koko alkavat silti tulla vastaan. Fotoneilla tehty tietojenkäsittely tulee olemaan nykyiseen verrattuna todella nopeaa, Hakala kertoo.
– Optiset elementit, kuten linssit ja objektiivit ovat myös tyypillisesti isoja elementtejä, joita on vaikea pienentää. Nano-optiikassa niiden miniatyrisointi on mahdollista.
Tällä hetkellä tutkimusta tehdään vielä perusteknologian tasolla, mutta seuraavan kymmenen vuoden aikana tullaan näkemään isoja kehitysaskeleita.
– Esimerkiksi täysin litteille linsseille olisi todella paljon sovelluskohteita, sillä ne voitaisiin laittaa mihin tahansa laitteisiin, Hakala sanoo.
Nanolasereita sensoriteknologian käyttöön
Hakala työskenteli opintojensa jälkeen post doc -tutkijana Harvardin yliopistossa Bostonissa, tutkien muun muassa Bosen–Einsteinin (BEC) kondensaattia atomipilvissä.
– BEC on ikään kuin aineen niin kutsuttu viides olomuoto, jossa kondensaatissa on iso määrä atomeja systeemin alimmalla mahdollisella energiatilalla. Tämä muodostaa koherentin tilan, jossa atomit käyttäytyvät kuin olisivat yksi hiukkanen.
Tutkimus jatkui Aalto-yliopistossa, jossa BEC-ilmiötä pystyttiin tutkimaan nanopartikkelihilanäytteissä huoneen lämpötilassa. Yleensä ilmiötä voidaan tutkia vain matalissa lämpötiloissa.
Itä-Suomen yliopistoon Hakalan toivat kiinnostava professuuri, state of the art -puhdastilat, ja juuri sopiva optiikan kokonaisuus tutkimuksen tekemiseen.
Tällä hetkellä häntä kiinnostaa erityisesti nanomittakaavan lasereiden kehittäminen.
– Tällaisia lasereita voisi käyttää esimerkiksi sensoriteknologiassa ja täysin optisessa tiedon prosessoinnissa. Kun perusteknologiasta päästään eteenpäin, nähdään uusia sovellusmahdollisuuksia. Laserin ensimmäinen sovelluskin oli aikoinaan skanneri, Hakala muistuttaa.
– Tutkin myös nanoskaalassa tapahtuvaa valon polarisaation ja säteenmuodostuksen kontrollointia. Multimoodilaserointi taas on usealla eri aallonpituudella tapahtuvaa monivärilaserointia, joka voi tuottaa esimerkiksi valkoista laservaloa.
Hakalan mukaan vielä tärkeämpää olisi eri aallonpituuksien moodilukitus, joka voisi mahdollistaa femtosekuntilaserpulssien generoinnin nanomittakaavan näytteissä.
– Tätä on aiemmin saavutettu noin yhden neliömetrin kokoisilla laitteilla. Meillä tavoitteena on kehittää siitä 100x100 mikrometrin kokoinen, eli 100 miljoonaa kertaa pienempi laite.
Jämsän seudulta kotoisin olevan Hakalan mukaan Joensuun kampuksella on myös mukavaa työporukkaa. Vapaa-aika hänellä kuluu kalastuksen, liikunnan, saksofonin ja kitaran soiton, maalaamisen sekä biljardin parissa.
TOMMI HAKALA
- Professori, kokeellinen nanofotoniikka, Itä-Suomen yliopisto, 1.8.2022–
- Filosofian tohtori, fysiikka, Jyväskylän yliopisto, 2009
TÄRKEIMMÄT TEHTÄVÄT
- Apulaisprofessori (tenure track), Itä-Suomen yliopisto, 2018–2022
- Post-doc, Harvardin yliopisto, 2010-2013
- Post-doc & Staff Scientist, Aalto yliopisto
- Nanovalmistusmenetelmien ja nano-optiikan ekspertti
