Väitös
pe 10.11.2017 klo 12.00, Jyväskylän yliopisto, Ylistörinne, Ylistö, Kem1
FM Juha Koivistoisen kemian väitöskirjan ”Non-linear interactions of femtosecond laser pulses with graphene: photo-oxidation, imaging and photodynamics” tarkastustilaisuus. Vastaväittäjänä professori Eric Potma (University of California) ja kustoksena professori Mika Pettersson (Jyväskylän yliopisto).
Kemiassa allotropia tarkoittaa saman alkuaineen muodostamia erilaisia rakenteita samoissa olosuhteissa. Hiilen termodynaamisesti pysyvin allotrooppi on grafiitti, josta nykyään mm. lyijykynän “lyijy” on tehty. Atomitasolla grafiitti koostuu suuresta määrästä yhden hiiliatomin paksuisia kalvoja, jotka pysyvät toisissaan kiinni ns. heikkojen vuorovaikutusten avulla. Yhtä tällaista kalvoa kutsutaan grafeeniksi.
Grafeenia on mediassa kutsuttu ihmeaineeksi. Pienen kokonsa, läpinäkyvyytensä ja muiden ominaisuuksiensa ansiosta grafeenissa nähdään paljon potentiaalia erilaisissa sovelluksissa mm. elektroniikkakomponenttien sekä läpinäkyvän tai printatun elektroniikan saralla.
Laserit apuna tutkimuksessa
Tutkimuksessa tarkasteltiin ultranopeita ilmiöitä grafeenissa soveltaen epälineaarisiin optisiin ilmiöihin perustuvia menetelmiä. Tällaiseen tutkimukseen on käytettävä pulssitoimisia lasereita. Pulssilasereilla on valokuvauksen valotusaikaan jokseenkin verrattavissa oleva pulssin kesto. Jos pulssin kesto on lyhyempi kuin havaittu tapahtuma, kyetään mitattava tapahtuma havaitsemaan.
- Näissä tutkimuksissa käytettiin femtosekuntilasereita, joissa pulssin kesto voi olla sekunnin miljardisosan miljoonasosan suuruusluokkaa, ja niillä kyetään havaitsemaan erittäin nopeita tapahtumia, kuten atomien värähtelyä, Koivistoinen kertoo.
Askel kohti hiileen perustuvaa elektroniikkaa?
Jos grafeenia säteilytetään femtosekuntilaserilla huoneen lämpötilassa ja vallitsevassa ilmankosteudessa, sitä voidaan hallitusti hapettaa valokemiallisen reaktion avulla valituilta alueilta. Sen pintaan voidaan esimerkiksi piirtää kuvioita. Näin hapettamalla grafeeniin pystytään tekemään alueita, jotka toimivat puolijohteena tai eristeenä, riippuen säteilytyksen asetuksista.
- Havainto on merkittävä, sillä nyt johteena tunnettua grafeenia voidaan muokata niin, että käyttöön saadaan helposti kaikki sähkökomponenttien tekemiseen tarvittavat pakolliset osat: johde, puolijohde ja eriste, Koivistoinen selvittää.
Grafeenin hapettumista tutkittiin myös muilla menetelmillä. Tulokset tukevat hypoteesia valokemiallisesta hapettumisesta, ja ilmiön syntymekanismista saatiin jo erittäin hyvä käsitys. Tutkimuksessa onnistuttiin myös kehittämään mikroskopian menetelmä, jolla grafeenin hapetusta voidaan seurata laajaltakin alueelta. Menetelmä on yhdistelmä laajakenttämikroskopiaa ja femtosekuntilasereita hyödyntävään CARS-spektroskopiaa.
- Myös aikaerotteista CARS-spektroskopiaa käyttäen kyettiin mittaamaan hiiliatomien värähtelyn dynamiikkaa grafeenissa. Tämä selvensi edelleen käsitystä, että grafeenissa atomien värähtely ja elektronit ovat kytköksissä toisiinsa, Koivistoinen esittelee.
Lisätietoja:
Juha Koivistoinen, 0440207007, [email protected]
Viestintäpäällikkö Liisa Harjula, 040 8054403, [email protected]
Juha Koivistoinen valmistui ylioppilaaksi Kuopion Klassillisesta lukiosta syksyllä 2004. Hän valmistui filosofian maisteriksi Jyväskylän yliopistosta syksyllä 2013 pääaineenaan fysikaalinen kemia. Koivistoinen aloitti jatko-opinnot ohjaajansa professori Mika Petterssonin tutkimusryhmässä tammikuussa 2014.
Väitöskirja on julkaistu sarjassa Department of Chemistry, University of Jyväskylä Research Report numerolla 205, 68 s., Jyväskylä 2017, ISSN 0357-346X, ISBN 978-951-39-7214-1
http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-39-7215-8
Kuva: Annika Karjalainen
Jyväskylän yliopisto – tulevaisuuden palveluksessa vuodesta 1863.
Kauniilla puistokampuksellamme sykkii monitieteinen tiedeyliopisto – ihmisläheinen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15 000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomispäivänpolttaviin kysymyksiin.
Suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa juuri täältä, vuonna 1863. Siitä lähtien voimanlähteenämme on ollut moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Oppiminen ja opetus, liikunta, luonnontieteet, kielet, kulttuurintutkimus ja informaatioteknologia ovat painoalamme, joissa ajattelemme isosti ja kokeilemme rohkeasti.
Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi.
© Koodiviidakko Oy - Y-tunnus 1939962-1