Suomalaistutkijat kehittivät uuden menetelmän tarkkaan molekyylikalvojen kasvatukseen
25.3.2026 07:05:00 EET | Jyväskylän yliopisto | Tiedote
Jyväskylän yliopiston ja Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden lasermuokkaukseen perustuvan menetelmän, jonka avulla metalli‑orgaanisia materiaaleja voidaan kasvattaa paikallisesti molekyylin paksuinen kerros kerrallaan. Menetelmä mahdollistaa erimuotoisten kalvojen tarkan rakentamisen ja tarjoaa uusia tapoja muokata materiaalien ominaisuuksia eri käyttötarpeisiin.
Atomikerroskasvatus (Atomic layer deposition, ALD) on erityisesti puolijohdeteollisuudessa käytetty menetelmä, jolla valmistetaan atomikerroksen tarkkuudella hyvälaatuisia ohutkalvoja. Menetelmän kehitti 1970‑luvulla suomalainen Tuomo Suntola, ja siitä on sittemmin tullut tärkeä teknologia.
ALD:ssä ohuita kalvoja kasvatetaan atomikerros kerrallaan lähtöaineiden välillä tapahtuvien hallittujen kemiallisten reaktioiden avulla sekä niiden vuorovaikutusten pinnan kanssa. Tämä ns. bottom‑up‑menetelmä mahdollistaa kalvon tarkan paksuussäädön.
- Menetelmän sovellettavuutta parantaisi, jos kalvoja voitaisiin kasvattaa vain valituille alueille. Tällöin voitaisiin hallita myös kalvojen muotoa eikä vain paksuutta. Alueselektiivinen ALD onkin tällä hetkellä alan keskeinen tutkimuskohde, selventää professori Mika Pettersson Jyväskylän yliopistosta.
Perinteisessä atomikerroskasvatuksessa tuotettavat materiaalit ovat yleensä epäorgaanisia materiaaleja, kuten esim. sinkkioksidi (ZnO) tai alumiinioksidi (Al2O3), jotka ovat puolijohde- ja eristemateriaaleja.
- On kuitenkin mahdollista käyttää myös molekulaarisia materiaaleja, jolloin puhutaan molekyylikerroskasvatuksesta. Tällöin epäorgaanisiin lähtöaineisiin yhdistetään orgaanisia lähtöaineita ja materiaalien ominaisuuksien räätälöimiseen tulee valtavasti lisää mahdollisuuksia, kertoo Pettersson.
Ohutkalvot voidaan nyt kasvattaa tarkasti halutuille alueille
Nyt Jyväskylän yliopiston ja Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet menetelmän, jonka avulla voidaan kasvattaa metalli-orgaanisia materiaaleja alueselektiivisesti. Menetelmä mahdollistaa erimuotoisten kalvojen tarkan rakentamisen molekyylin paksuinen kerros kerrallaan.
- Tämä luo valtavasti mahdollisuuksia muokata materiaalien ominaisuuksia niiden käyttötarpeen mukaan, sanoo Pettersson
Menetelmä mahdollistettiin yhdistämällä Jyväskylässä kehitetty grafeenin lasermuokkausmenetelmä Aalto-yliopiston tutkijoiden osaamiseen molekyylikerroskasvatuksessa.
- Grafeeni on yhden atomin paksuinen hiilikalvo, joka on maailman ohuin materiaali. Tutkimuksessa valmistettiin grafeenia piisirun pinnalle, jonka jälkeen siihen piirrettiin laserilla hydroksyyliryhmillä (-OH) funktionalisoituja alueita. Tämän jälkeen näytteiden pintaan kasvatettiin molekulaarinen europium-orgaaninen ohutkalvo, joka muodostui selektiivisesti vain lasermuokatuille alueille, koska puhtaan grafeenin pinta ei reagoi lähtöaineiden kanssa, täsmentää Pettersson.
Uusi menetelmä avaa rajattomat sovellusmahdollisuudet
Nyt kehitetty menetelmä luo uusia mahdollisuuksia valmistaa kehittyneitä laitteita. Yhtenä esimerkkinä potentiaalisista käyttökohteista on tässä tutkimuksessa hyödynnetty materiaali, joka emittoi valoa sisältämänsä europium-alkuaineen ansiosta.
- Käytimme pioneeritutkimuksessamme valoa emittoivaa europium-orgaanista materiaalia malliesimerkkinä. Atomi- ja molekyylikerroskasvatus soveltuu kuitenkin laajalle kirjolle erilaisia ohutkalvomateriaaleja. Tämä avaa lähes rajattomat mahdollisuudet uuden alueselektiivisen menetelmämme tulevaisuuden sovelluksille, korostaa professori Maarit Karppinen Aalto-yliopistosta.
Tutkimus etenee kohti käytännön sovelluksia – yritykset tervetulleita mukaan
Tutkijat ovat todella innoissaan uusista tuloksista. Alun perin tutkiessaan grafeenin lasermuokkausmenetelmää, eivät he osanneet odottaa, että sen avulla voitaisiin kehittää aivan uusia menetelmiä atomi- ja molekyylikerroskasvatukseen.
- Yhteistyö lähti liikkeelle, kun olimme professori Maarit Karppisen kanssa samassa tilaisuudessa puhumassa ja huomasimme, että yhdistämällä osaamisemme, voisimme luoda jotain uutta. Nyt olemme todenneet käytännössä sen aikaisten ideoiden toimivuuden. Seuraavaksi lähdemme kehittämään sovelluksia ja toivomme, että yritykset kiinnostuisivat työstämme, iloitsee Pettersson.
Petterssonin ja Karppisen lisäksi julkaisun kirjoittajina olivat yliopistotutkija Andreas Johansson, tutkijatohtori Aleksei Emelianov, tohtorit Kamila Mentel, Amr Ghazy, Yu-Han Wang, sekä väitöskirjatutkija Joona Pekkanen. Tutkimus julkaistiin arvostetussa ACS Nano -lehdessä. Tutkimusta tukivat Jane ja Aatos Erkon säätiö ja Euroopan tutkimusneuvoston ERC Advanced Grant-hanke UniEnMLD.
Lisätietoa aiheesta löydät myös Yle Areenan Tiedeykkösestä, jossa professori Mika Pettersson kertoo grafeenista ja sen sovelluksista kuten grafeeniin perustuvasta nanokokoista rajapintalaitteesta: https://areena.yle.fi/1-77137698.
Artikkelin tiedot:
- Aleksei V. Emelianov, Kamila K. Mentel, Amr Ghazy, Joona Pekkanen, Yu-Han Wang, Andreas Johansson, Maarit Karppinen, Mika Pettersson: Area-Selective Atomic/Molecular Layer Deposition of Europium-Organic Thin Films on Graphene and Other 2D Materials for Photoluminescent Heterostructures. ACS Nano, ASAP article
- Linkki artikkeliin: https://pubs.acs.org/action/showCitFormats?doi=10.1021/acsnano.5c22728&ref=pdf
- DOI numero: 10.1021/acsnano.5c22728
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Professori Mika Pettersson, mika.j.pettersson@jyu.fi, +358503109969
Professori Maarit Karppinen, maarit.karppinen@aalto.fi, +358503841726
Kuvat
Jyväskylän keskustassa sijaitsevan yliopiston kauniilla puistokampuksella sykkii monitieteinen ja moderni tiedeyliopisto – ihmisläheinen ja dynaaminen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15 000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomisen kysymyksiin. Jyväskylän yliopisto on ollut tulevaisuuden palveluksessa jo vuodesta 1863, jolloin suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa täältä. Voimanlähteenämme on moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi. www.jyu.fi
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 Jyväskylän yliopisto
Tyypin 2 diabeteksen verensokeritasapainoa voi parantaa lihasaktivoinnilla jopa istuen13.5.2026 07:00:00 EEST | Tiedote
TtM Suvi Lambergin väitöstutkimus osoittaa, että pitkäaikaisen istumisen keskeyttäminen dynaamisella lihastyöllä — tapahtuipa se istuen tai pystyasennossa — vähentää aterianjälkeisiä glukoosi- ja insuliinivasteita noin 22 %. Suurin vaikutus havaittiin etureiden lihasten aktivoinnilla.
Tutustu maailmankaikkeuden alkuperään – fysiikkanäyttely avautuu Ruusupuiston aukiolla12.5.2026 08:05:00 EEST | Tiedote
Kansainvälinen valokuvanäyttely, joka kuvaa maailmankaikkeuden alkuperää ja ihmiskunnan paikkaa siinä, on nähtävissä Jyväskylän yliopiston Ruusupuisto-rakennuksen edustalla 18.5.-8.6.2026.
Vaihdevuodet muuttavat naisen elimistöä – arjen valinnoilla on merkitystä terveyden kannalta12.5.2026 07:00:00 EEST | Tiedote
Vaihdevuosien aikana naisen elimistössä tapahtuu merkittäviä biologisia muutoksia, jotka vaikuttavat aineenvaihduntaan ja kehonkoostumukseen. Jyväskylän yliopiston tuore väitöstutkimus osoittaa, että terveelliset elämäntavat, erityisesti säännöllinen ruokarytmi ja liikkuminen voivat lieventää näitä muutoksia ja tukea aineenvaihduntaterveyttä.
Väitös: Ikääntyvien sairaanhoitajien työurat rakentuvat monen tekijän yhteisvaikutuksesta11.5.2026 08:00:00 EEST | Tiedote
FM Sirpa Koponen tarkastelee Jyväskylän yliopiston kauppakorkeakoulun johtamisen väitöstutkimuksessaan, miten ikääntyvät sairaanhoitajat rakentavat työuriensa loppuvaihetta ja pohtivat työssä jatkamista suhteessa eläköitymiseen. Tutkimuksen mukaan työssä jatkaminen ei riipu yhdestä tekijästä, vaan muodostuu työn merkityksellisyyden, työkyvyn, johtamisen ja työolojen yhteisvaikutuksesta.
Väitös: Kohti tarkempaa ympäristöennustamista – tutkimus tuo esiin ilmansaasteiden ja sään taustalla vaikuttavat rakenteet11.5.2026 07:05:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopistossa tehdyssä tuoreessa väitöskirjatutkimuksessa on kehitetty uusia tilastollisia menetelmiä, joiden avulla voidaan tunnistaa monimutkaisten ympäristöaineistojen taustalla vaikuttavia ilmiöitä ja parantaa ennusteiden tarkkuutta. Menetelmät tarjoavat uusia keinoja ympäristödatan analysointiin ja päätöksenteon tueksi.
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