Aalto-yliopiston tutkijat ovat luoneet ensimmäisen valosta ja metallin elektroneista muodostuvan Bosen–Einsteinin kondensaatin. Lyhyitä valopulsseja tuottavan rakenteen tulokset on julkaistu Nature Physics -lehdessä. Katso videolta miten Aalto-yliopistossa rakenne on toteutettu.
Lähes sata vuotta sitten Albert Einstein ja Satyendra Nath Bose ennustivat, että kvanttimekaniikan lait voivat pakottaa ison määrän hiukkasia käyttäytymään kuin ne olisivat yksi ainoa hiukkanen. Ilmiötä kutsutaan Bosen–Einsteinin kondensaatiksi.
Ensimmäinen alkaliatomikaasusta koostuva kondensaatti pystyttiin toteuttamaan vasta vuonna 1995, ja saavutus palkittiin fysiikan Nobelilla vuonna 2001. Bosen–Einsteinin kondensaatti on myöhemmin havaittu jo monissa eri tapauksissa, esimerkiksi atomeille ja valolle, mutta ilmiön rajoja ei vielä tunneta.
Tutkijat yrittävät saada aikaan yhä pienempiä, nopeammin ja korkeammassa lämpötilassa muodostuvia kondensaatteja. Mitä helpommaksi kondensaattien luominen käy, sitä kiehtovammiksi niiden mahdolliset teknologiset sovellukset muuttuvat. Valonlähteistä voisi esimerkiksi tehdä äärimmäisen pieniä, mikä nopeuttaisi informaationkäsittelyä jopa satakertaisesti nykytasoon verrattuna.
Aalto-yliopiston tutkijoiden kokeessa kondensoituvat hiukkaset ovat yhdistelmiä valosta ja säännölliseksi hilaksi järjestetyissä kultananopartikkeleissa liikkuvista elektroneista. Useimmiten Bosen–Einsteinin kondensaatin syntyminen edellyttää lähes absoluuttisen nollapisteen lämpötilaa. Uuden kondensaatin hiukkaset ovat kuitenkin pääosin valoa, joten se voitiin luoda huoneenlämpötilassa.
Kondensaatin säteilemä valo muistuttaa laservaloa, mutta valon koherenssi on erilaista. Koherenssia voi siten säätää eri sovellusten tarpeisiin. Uusi kondensaatti pystyy tuottamaan erittäin lyhyitä valopulsseja, jotka voisivat esimerkiksi nopeuttaa informaationkäsittelyä ja kuvantamista.
Akatemiaprofessori Päivi Törmä on jo saanut Euroopan tutkimusneuvoston Proof of Concept -rahoituksen kondensaatin sovellusten tutkimiseen. Tutkimukseen käytettiin Aalto-yliopiston Micronovan puhdastilan nanovalmistus- ja elektronimikroskopialaitteita.
LISÄÄ: Tutkimusartikkeli: T.K. Hakala, A.J. Moilanen, A.I. Väkeväinen, R. Guo, J.-P. Martikainen, K.S. Daskalakis, H.T. Rekola, A. Julku, P. Törmä. Bose-Einstein Condensation in a Plasmonic Lattice Nature Physics-tiedelehdessä (LINKKI) ja videoesitys (LINKKI)
Kuva: Aalto-yliopiston tutkijat ovat luoneet ensimmäisen valosta ja metallin elektroneista muodostuvan Bosen–Einsteinin kondensaatin. Säteilevän valon aallonpituus kasvaa, eli energia pienenee, kultananopartikkelihilassa edettäessä. Bosen–Einsteinin kondensaatti muodostuu, kun saavutetaan hilan energiaminimi. Kuva: Aalto-yliopisto / Tommi Hakala ja Antti Paraoanu.