Tutkijat loivat maailman nopeimman Bosen–Einsteinin kondensaatin
22.6.2020 08:31:52 EEST | Aalto-yliopisto | Tiedote
Bosen-Einsteinin kondensaatio on kvantti-ilmiö, jossa suuri määrä hiukkasia alkaa käyttäytyä kuin ne olisivat yksi ainoa hiukkanen. Ilmiö sai nimensä Albert Einsteinilta ja Satyendra Nath Boselta, jotka ennustivat sen 1900-luvun alussa.
Tähän päivään mennessä kondensaatteja on nähty monissa eri systeemeissä, esimerkiksi alkaliatomikaasuissa ja puolijohteissa, joihin on kytketty valoa. Nyt Aalto-yliopiston ja Itä-Suomen yliopiston tutkijat ovat onnistuneet luomaan valosta ja sen kanssa vuorovaikuttavista metallielektroneista ja väriainemolekyyleistä kondensaatin, joka muodostuu kaikkia edeltäjiään nopeammin. Tulokset julkaistiin Nature Communications -lehdessä.
Arkielämässä kondensaatio on tuttu ilmiö esimerkiksi kylmään juomatölkkiin kertyvästä huurteesta, joka syntyy, kun vesihöyry tiivistyy tölkin kylmään pintaan. Samaan tapaan kvanttimaailmassa hiukkasten täytyy tavalla tai toisella päästä eroon ylimääräisestä energiastaan kondensoituakseen alimpaan mahdolliseen energiatilaan. Tämä prosessi kestää tyypillisesti millisekunneista noin yhteen pikosekuntiin eli sekunnin biljoonasosaan.
Suomalaistutkijat saivat kuitenkin kondensaatin muodostumaan kymmenen kertaa aiempia ennätyksiä nopeammin, noin sadassa femtosekunnissa. Se on yhteen sekuntiin verrattuna yhtä lyhyt aika kuin päivä verrattuna maailmankaikkeuden ikään.
”Mittausdatan analyysi osoitti, että energian häviäminen tapahtuu stimuloidun prosessin kautta. Toisin sanoen fotonien eli valohiukkasten vuorovaikutus molekyylien kanssa kiihtyy, kun fotonien määrä kasvaa. Tämä ilmiö johtaa hämmästyttävään nopeuteen”, kertoo tutkijatohtori Aaro Väkeväinen.
Kohti sovelluksia
Huippunopeuden todentaminen oli vaikea tehtävä, koska parhaatkaan laboratorioissa normaalisti käytettävät kamerat eivät yllä näihin nopeuksiin. Tutkijat käyttivät aikaskaalan määrittämiseen laserpulssia.
”Kun annoimme näytteelle energiaa 50 femtosekunnin mittaisella laserpulssilla, havaitsimme kondensaatin. Mutta kun pulssin pituus oli 300 femtosekuntia, emme nähneet sitä. Nämä havainnot viittasivat siihen, että kondensaatin täytyy lähteä muodostumaan alle 300 femtosekunnin aikaskaalassa”, kertoo tohtorikoulutettava Antti Moilanen.
Kondensaatista lähtee valonsäde, jossa on suuri määrä fotoneita. Tämä auttaa erottamaan myös korkean energiatilan fotonit ja havaitsemaan niiden jakautumisen eri energiatiloille Bosen ja Einsteinin ennustamalla tavalla.
”Kondensaattimme tuottaa koherentin valonsäteen, joka on 100 000 kertaa kirkkaampi kuin ensimmäinen plasmonikondensaatti, jonka havaitsimme kaksi vuotta sitten. Säteen kirkkaus helpottaa kondensaattiin liittyvää perustutkimusta ja sovellusten kehittämistä”, kertoo akatemiaprofessori Päivi Törmä.
Yhdelle ryhmän tutkimuksesta syntyneelle keksinnölle on juuri myönnetty patentti, ja tutkijat kehittävät keksintöä edelleen esimerkiksi valaistussovelluksiin.
Lisätietoa:
Quantum Dynamics tutkimusryhmä
PREIN – Suomen Akatemian fotoniikan tutkimuksen ja innovaatioiden lippulaiva
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Päivi Törmä, akatemiaprofessori, Aalto yliopisto
puh. 050 382 6770
paivi.torma@aalto.fi
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 16 000 opiskelijaa ja 5 200 työntekijää, joista 446 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
Edullinen ratkaisu 6G-katveeseen: tutkijoiden kehittämät metakidepaneelit ohjaavat langattomia signaaleja myös kulman taakse8.6.2026 12:00:00 EEST | Tiedote
Tutkijoiden kehittämät paneelit ohjaavat radioaaltoja fyysisten esteiden ympäri – ilman ylimääräistä elektroniikkaa, virtalähteitä tai aktiivista viritystä.
Ainutlaatuinen yhteisponnistus – Aalto-yliopistolle yhteensä 9 miljoonan euron lahjoitukset energiasiirtymän vauhdittamiseen8.6.2026 08:00:00 EEST | Tiedote
ABB:n, Fortumin, St1:n ja Walter Ahlströmin säätiön lahjoitukset käytetään uusien professuurien perustamiseen. Samalla lahjoitukset tukevat Aalto-yliopiston energiasiirtymän osaamiskeskuksen perustamista.
A unique joint effort – Aalto University receives €9 million in donations to accelerate the energy transition8.6.2026 08:00:00 EEST | Press release
Donations from ABB, Fortum, St1 and the Walter Ahlström Foundation will be used to establish new professorships. At the same time, the donations support the establishment of Aalto University House of Energy Transition.
Voiko tekoäly opettaa ihmisille empatiaa? Tutkijat ratkovat työelämän ristiriitoja digitaalisen kaksosen avulla4.6.2026 07:57:25 EEST | Tiedote
Tutkijat ovat kehittäneet menetelmän, jossa tiimistä luodun digitaalisen kaksosen eli peilikuvan avulla voi saada selville mahdollisia vuorovaikutushaasteita jopa ennen niiden syntymistä.
Kurkista Lohjan historiaan kivikaudelta 2000-luvulle – virtuaalinäyttely säilöö kulttuuriperintöä kestävästi3.6.2026 10:10:00 EEST | Tiedote
Lohjan museon pitkäaikainen kulttuurihistoriallinen perusnäyttely on jo päättynyt, mutta sitä ennen MeMo-instituutti tallensi sen sisällön yksityiskohtaiseksi 3D-virtuaalinäyttelyksi verkkoon.
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