Oulun yliopistossa kehitetään tulevaisuuden materiaaleja ratkaisemaan geopoliittisia riippuvuuksia

Esimerkiksi puhelimen valmistamiseen tarvitaan nykyään yli 70:tä eri alkuainetta – eli yli kolme neljäsosaa luonnosta löytyvistä alkuaineista. Näistä ainakin puolet ovat Euroopan unionin kriittisten raaka-aineiden listalla, mikä tekee jo nyt EU:n ilmastonmuutoksen torjunnan, teollisuuden ja puolustusteknologian riippuvaiseksi ulkopuolisista maista. Geopoliittinen epävakaus korostaa haavoittuvaa asemaa.

Akseli Mansikkamäen tutkimusryhmä Oulun yliopistossa pyrkii kehittämään molekyylejä, joita voi käyttää tulevaisuuden teknologioissa. Tällaisilla molekyyleistä rakennetuilla materiaaleilla voidaan tulevaisuudessa korvata kriittisiä raaka-aineita.

Juuri julkaistussa tutkimuksessa Mansikkamäki ja väitöskirjatutkija Anand Chekkottu Parambil selvittivät, miten niin kutsuttujen pääryhmien raskasmetalleista voi tehdä magneettisia molekyylejä. Tällaisia metalleja ovat esimerkiksi tina, lyijy ja vismutti. Niitä on saatavilla suuria määriä, mutta metalleina ne eivät ole magneettisia, eikä niillä ole runsaasti käyttösovelluksia esimerkiksi mikroelektroniikassa. Osana molekyylejä niistä voidaan kuitenkin luoda magneettisia materiaaleja, joita voidaan hyödyntää tulevaisuuden komponenteissa.

“Toisin sanoen, yritämme saada tavanomaisia alkuaineita tekemään asioita, joita emme uskoneet niiden pystyvän tekemään”, Mansikkamäki selittää.

Uusien materiaalien suunnittelu on perustutkimusta kemian ja fysiikan rajamailla

Mansikkamäen tutkimusryhmän työ on perustiedettä, jossa tutkitaan miten tulevaisuuden teknologian tarvitsemia ominaisuuksia voi rakentaa molekyyleihin ja materiaaleihin. Oulun yliopistossa tehtävä tutkimus hyödyntää suurteholaskentaa ja teoreettisia menetelmiä. Käytännön kokeita tehdään yhteistyönä muun muassa kanadalaisten ja brittiläisten tutkimusryhmien kanssa.

Mansikkamäki itse on väitellyt tohtoriksi kemian alalta, mutta työskentelee nykyään teoreettisen fysiikan parissa.

“Kemia ja teoreettinen fysiikka eivät ole kovin yleinen yhdistelmä, mutta koulutustaustana tämä on aika optimaalinen, kun haluaa ymmärtää, miten molekyylit ja korkea teknologia liittyvät toisiinsa”, Mansikkamäki naurahtaa.

Tämä päivänä uudenlaisiin molekyyleihin pohjautuvat materiaalit ovat vielä varhaisessa vaiheessa, ja käytännön sovelluksia on hyvin vähän. Tällaisten materiaalien täyttä potentiaalia tulevaisuuden teknologioissa vasta selvitetään.

“Yhteiskuntamme tulevaisuutemme kannalta on oleellista, että tieteellinen pohja uusien materiaalien kehittämiselle luodaan jo tänään”, Mansikkamäki tiivistää. ”Tulevaisuudessa siirtyminen kohti korkeamman jalostusasteen materiaaleja EU:ssa on kuitenkin maailmanpolitiikan takia väistämätöntä.”

Tutkimus “Framework for designing main-group single-molecule magnets” julkaistiin 19.2.2025 Physical Chemistry Chemical Physics -tiedelehdessä.