Marie Skłodowska-Curie -apuraha orgaanisen polaritonilaserdiodin valmistamiseen

Laserdiodi on laite, jossa käytetään sähkövirtaa laservalon tuottamiseen. Se on pienen kokonsa – muutamasta mikrometristä muutamaan millimetriin – vuoksi yleisin lasertyyppi. Useimmat laserdiodit koostuvat kuitenkin kalliista epäorgaanisista puolijohteista, joiden käsittely on vaikeaa.

Tutkija Konstantinos Daskalakis työskentelee tutkimushankkeessa, jossa pyritään yhdistämään orgaanisten puolijohteiden ja polaritonikondensaation edut orgaanisen laserdiodin valmistamista varten.

”Orgaaniset puolijohteet ovat edullisia, ja ne säteilevät laservaloa useilla eri aallonpituuksilla mutta käyttäytyvät enimmäkseen eristeiden tavoin. Käytännössä tavanomainen orgaaninen laserdiodi vaatii niin suuren käynnistymisenergian, että se hajoaa. Tämän takia tutkijoiden valtavista ponnisteluista huolimatta orgaanisesta laserdiodista ei vielä ole raportoitu”, Daskalakis selittää.

Daskalakis aikoo ratkaista orgaanisten diodien heikon kohdan soveltamalla laservalon tuottamiseen vaihtoehtoista menetelmää, polaritonikondensaatiota. Polaritonit ovat bosonisia kvasipartikkeleja (bosoneja), jotka perustuvat valon ja materian yhdistämiseen. Oikeissa olosuhteissa polaritonit voivat tiivistyä eli kondensoitua ja tuottaa laservaloemission, josta käytetään lyhyempää nimitystä polaritonilaser. Polaritonilaserien suurena etuna on, että ne vaativat tavanomaisia lasereita tuhatkertaisesti vähemmän käynnistymisenergiaa.

”Polaritonilasermekanismin toteuttaminen orgaanisilla puolijohteilla voi vähentää tehokkaasti orgaanisten laserdiodien käynnistymisenergiaa, jolloin orgaanisen laserdiodin toteuttaminen ensimmäistä kertaa on mahdollista”, Daskalakis kertoo. Hän on asiasta innoissaan: ”Kun orgaaninen laserdiodi onnistutaan saamaan aikaan, sen alhaisista kustannuksista ja vaivattomuudesta tulee merkittävä läpimurto puolijohtimien ja laserdiodien tuotannonaloilla ja tutkimuksessa.”

Laitteella on myös toinen mahdollinen käyttötarkoitus. Orgaanisiin puolijohteisiin perustuvat polaritonikondensaatit voivat osoittaa huoneenlämmössä supranesteisyyttä ja fyysisiä ominaisuuksia, jotka vastaavat Bosen-Einsteinin kondensaattia. Yleensä tällaisten kvantti-ilmiöiden tutkiminen vaatii ultramatalia lämpötiloja, mutta polaritonikondensaation avulla niitä voidaan tutkia huoneenlämmössä.

Konstantinos Daskalakis suoritti fysiikan tohtorin tutkinnon Imperial College London -yliopistossa, jossa hänen tutkimusryhmänsä teki uraauurtavaa työtä optisesti pumpatun ja orgaanisiin puolijohteisiin perustuvan polaritonilaserin parissa. Marie Skłodowska-Curie -apurahan ansiosta hän voi nyt jatkaa tutkimustaan Aalto-yliopistossa, jossa hän työskentelee osana akatemiaprofessori Päivi Törmän tutkimusryhmää.

”Odotan innolla työskentelyä tässä erittäin jännittävässä hankkeessa. Voimme yhdistää vahvaa kytkentää ja kvantti-ilmiöitä koskevan asiantuntemuksemme Daskalakisin tietämykseen polaritonikondensaateista”, professori Päivi Törmä sanoo.

Quantum Dynamics tutkimusryhmän verkkosivut

Lue myös toisesta tutkijasta, Pablo Bursetista, joka myös sai Marie Skłodowska-Curie –apurahan.

Marie Sklodowska-Curie actions Individual Fellowships provide grants for experienced researchers to support their mobility, research projects and training both within and outside Europe. The scheme covers all research areas and is meant for researchers with doctoral degree or at least four year’s full-time research experience.