Uutiset

Tutkijoille läpimurto: Fotoniset aikakiteet voivat muuttaa valon käyttöä ja hallintaa

Uusi tutkimustulos voi lähitulevaisuudessa parantaa merkittävästi esimerkiksi lasereita, antureita ja optista tietojenkäsittelyä.
Värikkäitä kuvioita, jotka kuvastavat fotonisia aikakiteitä
Fotoniset aikakiteet ovat optisia materiaaleja, jotka vahvistavat valoa erittäin voimakkaasti. Kuva: Xuchen Wang

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.

Lisätietoja

Lue lisää

 Time varying interface and light

Uudenlainen fotoninen aikakide vahvistaa valoa

Tutkijat loivat aikakiteitä, joiden toimintataajuus oli mikroaaltojen luokkaa, ja niiden huomattiin vahvistavan sähkömagneettisia aaltoja.

Uutiset
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:

Lue lisää uutisia

Copper
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Akkujen kysyntä kasvaa – BATCircle3.0 kiihdyttää akkumateriaalien ja -kierrätyksen tutkimusta Suomessa

Aalto-yliopiston johtama kolmivuotinen BATCircle3.0-projekti keskittyy akkumateriaalien jalostuksen ja akkujen kierrätyksen uusiin avauksiin.
Learning Centre graphics
Tutkimus ja taide, Opinnot Julkaistu:

Tekoälytyökaluja tiedonhaun tueksi

Tekoäly tulee muuttamaan myös tiedonhakua ja moniin tietokantoihin on kehitteillä omia tekoälyä käyttäviä lisäosia.
""
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Fyysikot löysivät mullistavan uuden tavan välittää suuria tietomääriä laservalon avulla

Valon ja sähkömagneettisten kenttien hallintaan pienissä valohurrikaaneissa keskittyvän tutkimuksen tulos voisi moninkertaistaa optisten kaapelien kautta kuljetettavan tiedon määrää.
Nainen ja mies katsovat ylöspäin
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Miten kouluttaa ongelmanratkaisijoita? Uusi raportti valottaa parhaita käytäntöjä

Aalto Design Factoryn raportti korostaa koulutuksen opiskelijakeskeisyyttä, reaalimaailman haasteisiin tarttumista ja erilaisten toimijoiden yhteistyötä.