Tarkista selaimen asetuksista, että JavaScript ja evästeet ovat käytössä.

Mikäli JavaScript on käytössä, mutta jokin selainlaajennus estää sen lataamisen, poista selainlaajennus käytöstä.

Päivi Törmä tekee valoaaltoja pienempiä valonlähteitä

Nanotutkija perehtyy ilmiöön, jota tietämättään sovelsivat jo kirkkojen lasimaalausten luojat satoja vuosia sitten.

Tiede
 
Akseli Valmunen / HS
Akatemiaprofessoriksi nimitetty Päivi Törmä piirtää, miten valon saa vangituksi nanokokoisen metallipalan pinnalle.
Akatemiaprofessoriksi nimitetty Päivi Törmä piirtää, miten valon saa vangituksi nanokokoisen metallipalan pinnalle. Kuva: Akseli Valmunen / HS
Kuka?

Päivi Törmä

 Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulun professori. Akatemiaprofessori vuoden 2017 alusta.

 Johtaa laskennallisen nanotieteen huippuyksikköä Espoon Otaniemessä.

 Johti Jyväskylässä nanotieteiden tutkimuskeskusta.

 Opiskellut fysiikkaa Oulussa, väitteli Helsingin yliopistossa kvantti-informaatiosta ja kvanttioptiikasta.

 Valmistui maisteriksi myös Cambridgesta. Post doc -opintoja Ulmissa Saksassa ja Innsbruckissa Itävallassa.

 Syntynyt vuonna 1969 Nivalassa, 46-vuotias. Harrastaa sulkapalloilua ja juoksemista.

 Puoliso, fyysikko Gheorghe-Sorin Paraoanu tutkii kvanttitietokoneita Aalto-yliopistossa.

 ”Tärkein valinta elämässä on, päättääkö tulla viisaaksi vai katkeraksi.”

Fyysikko Päivi Törmä haaveili nuorena romaanien kirjoittamisesta eikä ajatellut olevansa mikään Einstein.

Romaanien kirjoittaminen jäi. Nyt Törmä tekee kvanttimekaniikan tutkimuksia, jotka kuulostavat tieteiskirjallisuudelta.

Hän pohtii ensinnäkin teoriaa suprajohtavuudesta. Fyysikot haaveilevat huoneenlämmössä toimivista suprajohteista, jotka mullistaisivat sähkönsiirron.

”Toinen tavoitteemme on tehdä nanomittakaavan valonlähteitä, jotka käyttäytyvät kuin laser”, Törmä sanoo. Ne toimisivat valon normaalia aallonpituutta pienemmässä tilassa!

Törmä johtaa laskennallisen nanotieteen huippuyksikköä Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulussa. Vuoden alussa hänestä tulee akatemiaprofessori.

Nanomittakaavan valonlähteet ovat jo edistyneet. Törmän ryhmä tutkii, miten valo vangitaan nanokokoisen metallinpalasen pinnalle.

”Metallinpalanen on kuin pieni antenni”, Törmä kuvailee.

Valo jää metallille, koska palasen toinen pää on positiivisesti ja toinen negatiivisesti varattu. Metallinpalasen koko määrää aallonpituuden, joka määrää säteilevän valon värin. Ilmiötä on sovellettu itse asiassa kauan:

”Kirkkojen lasimaalauksien värit riippuvat laseissa olevien metallihiukkasten koosta. Pienet lähettävät sinisempää ja isommat punaisempaa valoa.”

Törmän ryhmä järjestää valoa säteilevät kultaiset ja hopeiset hiukkaset lasialustalle siististi elektronisuihkun avulla.

”Kentät ovat todella voimakkaita, ja valo vuorovaikuttaa valoa säteilevien molekyylien kanssa voimakkaasti. Siksi laitteet toimivat tehokkaasti.”

”En lupaile vielä sovelluksia. Käyttöä voisi olla jossakin mikroskooppisessa biologisessa systeemissä, jossa tarvitaan valoa. Kun edetään uudelle alueelle, keksinnöille löytyy yleensä käyttöä. Kun esimerkiksi valoa vahvistettiin valokaapeleissa erbiumilla, ei ennakoitu internetiä. Haluttiin vain, että valo kulkisi tehokkaammin.”

Akseli Valmunen / HS
Päivi Törmä johtaa laskennallisen nanotieteen huippuyksikköä Aalto-yliopistossa. Työkaluna on muun muassa laser, jonka sädettä ohjaavat useat peilit.
Päivi Törmä johtaa laskennallisen nanotieteen huippuyksikköä Aalto-yliopistossa. Työkaluna on muun muassa laser, jonka sädettä ohjaavat useat peilit.

”Mahtavan suuri tavoite on saada suprajohtavuus toimimaan lämpimässä,” Törmä innostuu.

Törmä ja Aallon tohtoritutkija Sebastiano Peotta esittivät Nature Communications -lehdessä siitä oman teoriansa.

”On puuttunut teoria, jonka pohjalta tällaisia suprajohteita voitaisiin suunnitella. Löytömme osoittaa, miten suprajohteet ehkä saadaan toimimaan normaaleissa lämpötiloissa.”

Suprajohtavuus tarkoittaa, että materiaali johtaa sähköä vastuksetta. Ilmiö on tunnettu sata vuotta. Suprajohteiden yleistymistä hidastaa se, että ne toimivat yli 100–200 asteen pakkasessa ja jäähdytys on hankalaa.

Suprajohtavia sähkömagneetteja on esimerkiksi aivokuvauslaitteissa.

”Suprajohteita voitaisiin käyttää tiedonsiirrossa. Esimerkiksi tietokoneet kuumenevat käytössä sähkönvastuksen takia.”

Törmän ja Peottan teoria on maallikolle haastava. Sen mukaan suprajohtavuus toteutuu lämpimässä, jos elektronit ovat ”sopivasti lomittain” kimpassa.

Tiedetään, että suprajohtavuus toteutuu, kun elektronit muodostavat aineessa löyhiä niin sanottuja Cooperin pareja. Niissä elektronit ovat lomittain, jolloin kaksi hiukkasta käyttäytyy kuin yksi. Riittävän kylmässä elektroniparit pystyvät muodostumaan. Sitten ne kiitävät aineessa törmäilemättä supranopeasti.

”Meidän teoriassamme suprajohtavuus toteutuu lämpimässä, jos yksittäiset elektronit eivät liiku”, Törmä yllättää. Mutta eikö sähkö ole elektronien liikettä?

”Elektroneja ei pidä ajatella tässä hiukkasina vaan aaltofunktioina. Ne pitää ajatella ikään kuin pilvinä, jotka menevät toistensa päälle”, Törmä tarkentaa.

Selitys on mystistä matematiikkaa, mutta Zürichin yliopiston fyysikot suunnittelevat testaavansa sitä. Suprajohteen materiaali voisi olla grafeeni.

”Joissakin nykyisissä korkean lämpötilan suprajohteissa voi olla tämä mekanismi taustalla.”

Törmä yrittää entisenä kirjailijan alkuna selkeyttää fysiikkaa.

”Minua kiinnostaa hahmottaa maailmaa yksinkertaisten käsitteiden kautta. Fysiikassa oli mielenkiintoisia, arkiajattelusta poikkeavia käsitteitä.”

Törmä sanoo heittäneensä pois romaanien alkuja vanhan läppärin mukana. ”Onneksi vanhimmat ovat paperilla.”

Hän myöntää, että verrattuna romaanien aineksiin fysiikka on sentään aika helppoa: ”Fysiikassa voi ongelmasta aina tehdä yksinkertaistetun mallin ja testata sitä, ihmissuhteissa en välttämättä suosittelisi samaa.”

Korjaus 29. elokuuta: Poistettu maininta, että Shanghaissa maglev-juna toimisi suprajohtavilla magneeteilla. Se toimii saksalaisella Transrapid-tekniikalla.

Tämä aihe on kiinnostava, haluaisin lisää tällaisia uutisia!

Kiitos mielipiteestäsi!

Reseptit