Tutkijat kutistivat vettä valon avulla – erikoinen ilmiö mitattiin ensimmäistä kertaa maailmassa
Kansainvälinen, brasilialaisen Estadual de Maringán yliopiston professori Nelson Astrathin koordinoima tutkijaryhmä on onnistunut ensimmäistä kertaa maailmassa mittaamaan, miten valon voima vaikuttaa aineen sisällä. Artikkeli julkaistiin Light: Science & Applications -lehdessä.
Tutkijat mittasivat laservalon voimia ohuessa vesikerroksessa valon kulkusuuntaan nähden poikittaisessa suunnassa ja havaitsivat optisen elektrostriktio-ilmiön. Se tarkoittaa, että materiaali pyrkii tiivistymään valon sähkökentässä. Ilmiö on sukua magnetostriktiolle, jossa ulkoisen, hitaasti muuttuvan magneettikentän avulla muutetaan metallikappaleen muotoa tai kokoa.
Ilmiöitä on tutkittu teoreettisesti varsin paljon, mutta valoon liittyen kokeita ei ole juurikaan tehty, ja myös teoria on ollut optiikassa osin puutteellinen, kertoo Aalto-yliopiston tutkija Mikko Partanen. Hän työskenteli tutkimuksen teoriaosuuden parissa ja vieraili myös Brasiliassa mittausten aikana.
”Atomit siis pakkautuvat elektrostriktiossa lähemmäs toisiaan ja aine tiivistyy. Ilmiö on vastakkainen säteilyn absorptiosta eli imeytymisestä tavallisesti huoneenlämmössä seuraavalle lämpölaajenemiselle. Tämän vuoksi aineen tiivistyminen on mitattavissa vain hyvin vähän säteilyä absorboivien aineiden tapauksessa”, kertoo Partanen.
Minimoidakseen absorptiota tutkijat kontrolloivat tarkkaan laservalon aallonpituutta. Välttääkseen veden lämpölaajenemisen tutkijaryhmä myös käytti kokeessa erittäin puhdasta vettä.
”Muussa tapauksessa laservalo lämmittäisi vettä hetkellisesti, saaden sen laajenemaan”, kertovat tutkijat Mauro Baesso ja Gabriel Flizikowski Estadual de Maringán yliopistosta.
Valon voimia aineen, kuten veden, sisällä ei ole ennen pystytty kokeellisesti mittaamaan, vaan aiemmat mittaukset ovat rajoittuneet voimiin eri aineiden rajapinnoilla.
Päästäkseen paremmin käsiksi aineen sisällä tapahtuvien ilmiöiden mittaamiseen pintailmiöiden sijasta tutkijat laittoivat vettä lasilevyjen väliin. Näin veden pinta ei pääse kaareutumaan lasersäteen vaikutuksesta. Kun laservalo sitten etenee lasilevyjen välissä olevan vesikerroksen läpi, valon etenemissuuntaan nähden poikittaissuuntainen optinen elektrostriktioilmiö voidaan havaita.
Laservalon energiatiheys on suurin säteen keskellä ja laskee nollaan siirryttäessä poispäin säteen akselilta. Optinen elektrostriktiovoima pyrkii siirtämään atomeja alueelle, jossa kentän energiatiheys on suurin. Tästä syystä neste tiivistyy lähellä säteen akselia. Nopean tiivistymisen seurauksena vedessä syntyy aineen tihentymistä ja harventumista muodostuva ääniaalto, joka etenee laserpulssin keskeltä säteittäisesti ulospäin.
Optinen kenttä avuksi nanoteknologian sovelluksissa
Tutkimus laajentaa Nobel-palkitun Arthur Ashkinin tutkimusta, jonka perusteella hän kehitti optiset pinsetit, joilla voidaan käsitellä pieniä materiaalihiukkasia valon avulla. Nyt tehty tutkimus auttaa ymmärtämään, miten optisen kentän energiatiheys muokkaa optisissa pinseteissä olevien materiaalihiukkasten sisäistä jännitystilaa.
”Jos optisella elektrostriktiolla opitaan kontrolloimaan aineen mekaanisia ominaisuuksia, sitä voitaisiin hyödyntää optisissa mikrosysteemeissä, esimerkiksi biologiassa tai lääketieteessä”, sanoo emeritusprofessori Jukka Tulkki.
Poikittaissuuntaisen ilmiön lisäksi aineen sisällä on myös etenemissuuntaisia optisia voimia, joita ei ole vielä saatu mitattua.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Mikko Partanen
Tutkijatohtori
Aalto-yliopisto
mikko.p.partanen@aalto.fi
Jukka Tulkki
Emeritusprofessori
Aalto-professori
jukka.tulkki@aalto.fi
puh. 050 501 4092
Kuvat
Linkit
Tietoja julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
KAJ-yhtyeen Eurooppaa kiertänyt sauna mallinnettiin 3D:nä – Aalto-yliopisto tallentaa Pohjanmaan kulttuuriperintöä virtuaalitodellisuuteen16.5.2025 13:50:00 EEST | Tiedote
Kuka tahansa voi kurkistaa sisään Euroopan sydämet valloittaneen KAJ-yhtyeen kuuluisaan saunaan, sillä se on nyt mallinnettu 3D:nä. Aalto-yliopiston tutkijat kuvasivat saunan Vöyrillä osana laajempaa hanketta, jossa tallennetaan pohjalaista kulttuuriperintöä uudella tavalla. 3D-malli saunasta on nyt median vapaasti ladattavissa tästä kansiosta. Aalto-yliopiston Rakennetun ympäristön mittauksen ja mallinnuksen instituutti eli MeMo on parhaillaan Pohjanmaan kiertueella mallintamassa paikallisia museoita, rakennuksia ja esineitä. Tarkoituksena on kehittää uudenlaisia tapoja visualisoida ja pelillistää kulttuuriperintöä, ja näin innostaa nuoria sen pariin. Samalla luodaan saavutettavia virtuaalikokemuksia – teekkarimaisella rohkeudella, MeMon johtaja Hannu Hyyppä muistuttaa. Mallinnusta tehdään useilla erilaisilla 3D-teknologioilla. ”Drooniteknologialla mallinnamme rakennetun ympäristön. Tätä yhdistetään sitten laserkeilausaineistoon, jota otetaan sekä ulkoa että sisältä. Erilaiset kamera-
Ennallistamisasetus ei yksin pysäytä luontokatoa kaupungeissa – laatu ratkaisee, ei pelkkä vihreän määrä15.5.2025 13:30:00 EEST | Tiedote
Helsingistä laaditut erilaiset skenaariot kaupungin kasvun ja kaupunkivihreän yhteensovittamisesta osoittivat, että viherryttämisellä on melko pieni vaikutus luonnon monimuotoisuuteen. Lisäksi viherryttäminen edellyttäisi kaupunkirakenteen huomattavaa tiivistämistä.
EU Nature Restoration Law alone won’t halt urban biodiversity loss, says study15.5.2025 13:30:00 EEST | Press release
Urban greening alone has limited impact on biodiversity, and meeting EU restoration targets may require significantly densifying city structures, shows a new study.
Aalto-yliopiston muodin ja tekstiiliosaamisen kärkitapahtuma Näytös/Näyttely25 nyt laajempana kuin koskaan14.5.2025 08:45:00 EEST | Tiedote
Toukokuun lopussa kansainvälisen muoti- ja tekstiilimaailman katseet kohdistuvat Aalto-yliopistoon ja sen kärkitapahtumaan Näytös/Näyttely25. Mukana on koko Aallon tekstiilin, vaatteen ja muodin alueen osaaminen, kun sekä muodin kandidaattipääaineesta että muodin ja tekstiilin maisteripääaineesta (Fashion, Clothing and Textile Design) valmistuvat opiskelijat esittelevät opinnäytetyönsä. Tapahtuma on kaksiosainen. Näytös25-muotinäytöstä on mahdollista seurata livelähetyksenä verkossa osoitteessa aalto.fashion tai Instagram-tilillä @aalto_fashion torstaina 22.5.2025 alkaen klo 20.30. Tekstiilin, vaatteen ja muodin konsepteja näyttelyn muodossa esittelevä Näyttely25 on yleisölle avoinna 16.–31.5.2025 Otaniemen kampuksen Väre-rakennuksessa. Suomalaiselle muoti- ja tekstiiliosaamiselle on paljon kysyntää Muoti peilaa ympäröivän yhteiskunnan tilaa ja on jatkuvassa muutoksessa. Tällä hetkellä kestävyyskriisin keskellä kamppaileva maailma tarvitsee erityisen paljon luovien alojen tarjoamaa pos
Filosofi Frank Martela tutki Minecraftia ja tappajadroonia – havaitsi, että tekoälyllä on vapaa tahto13.5.2025 16:00:00 EEST | Tiedote
Tutkimuksessa tarkasteltiin Minecraft-pelin Voyager-agenttia ja kuvitteellista tappajadroonia. Martelan mukaan ne täyttävät kolme vapaan tahdon ehtoa – ja siksi tekoälylle tarvitaankin moraalista kompassia.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme