Väitös: Silkkipaperia ohuemmilla lasereilla ratkotaan tietoliikenteen, ilmastotutkimuksen ja lääketieteen haasteita
31.10.2024 08:30:00 EET | Tampereen yliopisto | Tiedote
Miten valmistaa jotain, mitä ei voi nähdä paljain silmin tai koskettaa käsin? Heidi Tuorila etsii vastauksia tähän kysymykseen väitöstutkimuksessaan, joka käsittelee mikrometrikokoisten lasersirujen kehittyneitä valmistusmenetelmiä. Näillä hädin tuskin paljaalla silmällä näkyvillä siruilla voidaan luoda uuden sukupolven monikäyttöisiä valoa hyödyntäviä puolijohdepiirejä. Siruja voidaan käyttää esimerkiksi älykelloissa ja datakeskuksissa, mutta niitä on vaikea valmistaa.

Puolijohteisiin kuuluvasta piistä valmistetaan tällä hetkellä käytännössä kaikki maailman mikroprosessorit, joita löytyy tietokoneista tiskikoneisiin ja älykelloista autoihin. Nykyinen tietoyhteiskunta on riippuvainen mikrosiruista, joita Euroopan komission mukaan valmistettiin vuonna 2020 maailmanlaajuisesti biljoona kappaletta. Lisätäkseen omavaraisuusastettaan Eurooppa panostaa merkittävästi puolijohdeteknologian kehittämiseen esimerkiksi uuden sirusäädöksen avulla (European Chips Act).
Sähköiset mikropiirit ovat olleet käytössä jo pitkään ja niiden kysyntä jatkuu. Nyt rinnalle ovat tulossa valoon perustuvat mikropiirit, jotka voivat siirtää enemmän dataa nopeammin. Valon hyödyntäminen luo myös mahdollisuuksia mikropiireissä uusille ominaisuuksille, joita voidaan käyttää esimerkiksi kaasujen ja biologisten merkkiaineiden tunnistuksessa. Heidi Tuorila kertoo, että haasteena on kehittää pienikokoista teknologiaa, joka mahdollistaa suurten laboratoriolaitteiden pakkaamisen yhdelle sirulle, vaikkapa älykelloon.
– Tulevaisuudessa älykello voisi esimerkiksi seurata veresi merkkiainepitoisuuksia ilman retkeä verikokeisiin, Tuorila visioi.
Laajemmasta näkökulmasta piimikrosirujen sisältämien äärimmäisen pienikokoisten rakenteiden valmistaminen itsessään ei ole uutta, mutta vaatii suuria investointeja kehittyneisiin puhdastiloihin ja laitteistoihin. Valoon perustuvien piirien valmistuksessa uusia puolijohdemateriaaleja tarvitaan nimenomaan sirujen valonlähteiksi. Näiden lasersirujen liittäminen osaksi suurempaa piistä valmistettua mikropiiriä on yksi alan suurista haasteista.
Väitöskirjatyössään Heidi Tuorila ratkoo tätä ongelmaa kehittämällä lasersirujen valmistusmenetelmiä ja rakenteita, jotka mahdollistavat piin ja uusien puolijohdemateriaalien liittämisen yhteen. Valoa ohjaavien piirien rakenteet on kohdistettava toistensa kanssa muutaman sadan nanometrin tarkkuudella, muutoin valo ja sitä myöten data vuotavat pois. Sata nanometriä vastaa millin kymmenestuhannesosaa.
– On siis kyettävä varmistamaan materiaalien ja rakenteiden yhteensopivuus sellaisessa kokoluokassa, joka on aivan liian pieni, jotta voisimme kajota suoraan siruihin murskaamatta niitä. Välillä hyvinkin yksinkertaiselta kuulostava kappaleiden yhteensovitus muuttuu lähes mahdottomaksi, kun nuppineulan kärki mikroskoopilla katsottuna näyttää puunrungolta laserin rakenteiden rinnalla, hän havainnollistaa.
Tuorilan väitöstutkimuksessa erityistä on myös laaja kehitys- ja tutkimustyö erilaisten materiaalien parissa. Hänen mukaansa eri materiaalit mahdollistavat erilaisia sovelluskohteita ja työssä kehitetyt ratkaisut palvelevat laajaa sovelluskenttää.
Heidi Tuorila toteutti väitöskirjatutkimuksensa Optoelektroniikan tutkimuskeskuksessa (ORC) Tampereen yliopistossa valvojinaan professori Mircea Guina ja TkT Jukka Viheriälä. Tutkimustyö tehtiin tiiviissä yhteistyössä VTT:n piifotoniikkaryhmän ja Irlannin Tyndall instituutin kanssa. Tutkimusta rahoittivat useat EU-projektit, Business Finland ja Suomen Akatemian fotoniikan tutkimuksen ja innovaatioiden lippulaiva PREIN.
Väitöstilaisuus torstaina 14. marraskuuta
Diplomi-insinööri Heidi Tuorilan fotoniikan kuuluva väitöskirja “Advanced GaAs, InP and GaSb optoelectronics for hybrid photonic integrated circuits” tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa torstaina 14.11.2024 kello 12:00 Hervannan kampuksella, Tietotalon auditoriossa TB109 (Korkeakoulunkatu 1, Tampere).
Vastaväittäjänä toimii professori Ilkka Tittonen Aalto yliopistosta. Kustoksena toimii professori Mircea Guina Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Heidi Tuorila
041 528 5183
heidi.tuorila@tuni.fi
Kuvat

Linkit
Tampereen yliopisto kytkee yhteen tekniikan, terveyden ja yhteiskunnan tutkimuksen ja koulutuksen. Teemme kumppaniemme kanssa yhteistyötä, joka perustuu vahvuusalueillemme sekä uudenlaisille tieteenalojen yhdistelmille ja niiden soveltamisosaamiselle. Luomme ratkaisuja ilmastonmuutokseen, luontoympäristön turvaamiseen sekä yhteiskuntien hyvinvoinnin ja kestävyyden rakentamiseen. Yliopistossa on 22 000 opiskelijaa ja henkilöstöä yli 4 000. Rakennamme yhdessä kestävää maailmaa.
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 Tampereen yliopisto
Humanoidirobotin käännetty katse tuottaa hylätyksi tulemisen kokemuksen10.11.2026 14:11:48 EET | Tiedote
Poispäin suunnattu katse viestii välinpitämättömyyttä. Samuli Linnunsalon ja tutkijakollegoiden tuore tutkimus osoittaa, että humanoidirobotin vältellessä katsekontaktia tutkittavat raportoivat muun muassa kasvanutta ulkopuolisuuden kokemusta, madaltunutta mielialaa sekä alentunutta itsetuntoa. Tutkimus tarjoaa uutta tietoa humanoidirobottien nonverbaalisten viestien mahdollisista negatiivisista vaikutuksista ihmisiin.
Lääkäreille uusia työkaluja terveysdatan käsittelyyn – 8 miljoonan euron tutkimushanke hyödynsi tekoälyä ja laajennettua todellisuutta9.11.2026 11:40:00 EET | Tiedote
Tampereen yliopiston johtama MEDALLION-tutkimusprojekti etsi uusia tapoja lääketieteellisen datan käsittelyyn. Yhdessä tutkimuskumppaneiden, yritysten ja Business Finlandin kanssa hankkeessa kehitettiin työkaluja, jotka hyödyntävät laajennettua todellisuutta (XR) ja tekoälyä (AI). Menetelmiä voidaan odottaa kliiniseen käyttöön lähitulevaisuudessa.
Moottorikelkkasafareilla altistutaan yllättävän korkeille pakokaasupäästöille3.11.2026 12:45:00 EET | Tiedote
Moottorikelkka- ja mönkijäsafareille osallistuvat voivat altistua erittäin suurille pakokaasuperäisten pienhiukkasten pitoisuuksille, osoittaa Tampereen ja Itä-Suomen yliopistojen tuore tutkimus. Mittausten perusteella altistuminen voi ajoittain ylittää vilkkaissa kaupunkiympäristöissä mitatut tasot moninkertaisesti.
Huonot resurssit, puutteellinen tuki, epäselvät roolit ja kuormittava työ – tutkimus selvitti, miksi varhaiskasvatuksen opettajat jättivät alan3.11.2026 09:30:00 EET | Tiedote
Tutkijat selvittivät suomalaisten varhaiskasvatuksen opettajien ammatinvaihtopäätöksiä. Tutkimuksen mukaan varhaiskasvatuksen opettajat haluavat tehdä työnsä lasten parhaaksi ja ammatillisten arvojensa mukaisesti, mutta organisaatioiden tarjoamat työnteon ehdot eivät aina anna siihen riittäviä mahdollisuuksia.
Eriarvoistuuko työelämä? Työelämän tutkimuspäivät Tampereella2.11.2026 09:45:45 EET | Kutsu
Työelämän tutkimuspäivät 2026 kutsuu työelämän tutkijat, kehittäjät ja aiheesta kiinnostuneet keskustelemaan työstä ja työelämän muutoksista Tampereen yliopistoon. Tänä vuonna halutaan muistuttaa, että osaaminen, työolot ja työsuhteiden vakaus vaihtelevat.
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