Väitös teknillisen fysiikan alalta, DI Aaro Väkeväinen

Väitöskirjan nimi on "Lasing and Bose-Einstein condensation in plasmonic lattices at weak and strong coupling regimes".

Plasmoniikka tutkii valon vuorovaikutusta metallisten nanorakenteiden kanssa ja sitä, miten näitä rakenteita voidaan hyödyntää valon keskittämiseen, muokkaamiseen ja johtamiseen diffraktiorajaa pienemmissä tilavuuksissa. Tässä väitöskirjassa tutkitaan kokeellisesti valon ja aineen vahvaa vuorovaikutusta sekä koherentin valon tuottamista metallisissa nanohiukkashiloissa, jotka on päällystetty väriainemolekyylikerroksella.

Väitöskirjassa esitetään tutkimustuloksia vahvasta kytkennästä plasmonisten hilaresonanssien ja väriainemolekyylien välillä. Vahva kytkentä muuttaa siihen osallistuvien fysikaalisten objektien kvanttimekaanisia tiloja ja voi sitä kautta esimerkiksi muokata ja kiihdyttää kemiallisia reaktioita. Virittämällä molekyylejä optisesti näytteet saadaan laseroimaan. Näytteet tuottavat paikka- ja aikakoherentteja laserpulsseja, jotka ovat kestoltaan vain 1 / 1 000 000 000 000 sekuntia. Tietyissä olosuhteissa kvasihiukkaset, jotka ovat osittain valoa ja osittain materiaa, voivat muodostaa Bosen-Einsteinin kondensaatin. Bosen-Einsteinin kondensaatti (tiivistymä) on kvanttitila, jossa suuri joukko hiukkasia käyttäytyy yhteen synkronoituna kuin yksi iso hiukkanen. Bosen-Einsteinin kondensaatti tuottaa laserin tapaan koherenttia valoa, jonka ominaisuudet kuitenkin poikkeavat tavanomaisesta laservalosta.

Tässä väitöskirjassa näytetään ensimmäisen kerran, että Bosen-Einsteinin kondensaatti on mahdollinen plasmonisissa nanohiukkashiloissa, sekä heikon että vahvan kytkennän alueella. Näytteiden kestävyys, kirkkaus ja toiminta huoneenlämmössä tarjoavat erinomaiset edellytykset kvanttidynamiikan tutkimukselle epätasapainossa olevissa kvanttisysteemeissä. Kondensaatioilmiötä voidaan tulevaisuudessa soveltaa esimerkiksi optisen tiedonkäsittelyn ja kvanttiteknologioiden aloilla.

Vastaväittäjänä toimii professori Lukas Novotny, ETH Zürich, Sveitsi.

Kustos on professori Päivi Törmä, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos.

Väittelijän yhteystiedot: Aaro Väkeväinen, Microsoft HoloLens, [email protected], p. 050 400 7348

Elektroninen väitöskirjaVäitöskirja on julkisesti nähtävillä 10 päivää ennen väitöstä Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulun ilmoitustaululla Konemiehentie 2, Espoo.