Väitös teknillisen fysiikan alalta, DI Ville Kivijärvi

Diplomi-insinööriVille Kivijärviväittelee perjantaina 22.3.2019 klo 12 Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulussa salissa AS1, Maarintie 8, Espoo. Väitöskirjassa "Interaction of light with functional spatially dispersive nanomaterials" tutkittiin valon ja optisten nanomateriaalien vuorovaikutusta aikaisempaa laaja-alaisemmin. Työn tuloksia voidaan käyttää edistyneiden nanomateriaalien kehittämiseen käytännön sovelluksia varten.

Väitöstyö käsittelee keinotekoisista rakenneosista koostuvia metamateriaaleja erityisesti optisten sovellusten näkökulmasta. Optiikassa tällaiset materiaalit ovat nanomateriaaleja, joilla voi olla erikoisia optisia ominaisuuksia, kuten negatiivinen taitekerroin, joka saa valonsäteet taittumaan materiaalin rajapinnalla ”väärään” suuntaan. Useimmat optiset nanomateriaalit ovat spatiaalisesti dispersiivisiä, eli niiden ja sähkömagneettisten aaltojen vuorovaikutus riippuu aallon etenemissuunnasta, kuten myös aallon kokemat materiaalin optisia ominaisuuksia kuvaavat materiaaliparametrit. Esimerkkinä spatiaalisesti dispersiivisestä nanorakenteesta toimii väitöstyössä kehitetty metamateriaalipinnoite, jonka heijastavuus ja absorptio riippuvat voimakkaasti tulevan valon kulkusuunnasta.

Väitöskirjassa kehitetään uusia menetelmiä spatiaalisesti dispersiivisten materiaalien laaja-alaiseen mallintamiseen, karakterisointiin ja suunnitteluun. Näihin menetelmiin perustuen voidaan mallintaa optisten säteiden ja entistä suurempien metamateriaalirakenteiden vuorovaikutusta. Menetelmät paljastavat uusia piirteitä valon ja spatiaalisesti dispersiivisten materiaalien vuorovaikutuksesta. Yksi esimerkki on spatiaalisen dispersion aiheuttama valon polarisaation muutos valon edetessä. Toinen esimerkki on spatiaalisen dispersion diffraktiota kompensoiva vaikutus, joka estää etenevän valon hajaantumisen sopivasti suunnitellussa metamateriaalissa. Väitöstyössä kehitetään lukuisia tällaisia materiaaleja käytännön sovelluksia silmälläpitäen. Diffraktiota kompensoivilla metamateriaaleilla ja niihin perustuvilla aaltojohdoilla voi olla sovelluksia esimerkiksi tehokkaissa aurinkokennoissa, uudentyyppisissä lasereissa ja valoa hyödyntävissä integroiduissa piireissä.

Vastaväittäjä: professori Carsten Rockstuhl, Karlsruher Institut für Technologie, Saksa

Kustos: professori Matti Kaivola, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Elektroninen väitöskirja: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-8397-1