Professori Jussi Toppari on nanofysiikan ja nanoteknologian ammattilainen. Hänellä on oma molekyyliplasmoniikan ja -elektroniikan tutkimukseen erikoistunut tutkimusryhmä, joka tutkii ja kehittää uusia nanomateriaaleja käyttäen hyväksi DNA molekyylin itsejärjestäytymistä. Itsejärjestyvien DNA:n avulla voidaan valmistaa erilaisia uusia rakenteita, joiden aktiivisten osien mitat ovat noin kymmenen nanometrin luokkaa ja ne mahdollistavat esimerkiksi aivan uudenlaisten optisten materiaalien valmistamisen.

- Tavoitteenamme on kehittää uusia optisesti aktiivisia rakenteita sekä nopeita ja edullisia tapoja valmistaa niin sanottuja metamateriaaleja. Metamateriaalit ovat keinotekoisia materiaaleja, joilla on mielenkiintoisia uusia, tavanomaisista luonnonmateriaaleista poikkeavia, erityisominaisuuksia. Ne voivat jonain päivänä esimerkiksi mahdollistaa optisen signaalinkäsittelyn diffraktiorajaa pienemmissä rakenteissa ja kokonaan optisen tietotekniikan, joka olisi paljon sähköistä nopeampaa, kertoo tuore fysiikan professori Jussi Toppari.

Ekologisesti kestävämpiä ratkaisuja

Toppari etsii nanomateriaaleista apua päästöttömiin energiajärjestelmiin ja muihin ympäristöongelmiin. Esimerkiksi yksi Topparin tutkimusprojekti pyrkii korvaamaan kemian teollisuudessa käytettävät myrkylliset katalyytit.

- Muokkaamme molekyylien kemiaa kytkemällä ne puristettuun sähkömagneettiseen säteilyyn, esimerkiksi näkyvään valoon. Tämä säteilyn puristuminen saadaan aikaiseksi valmistamillamme nanorakenteilla. Kytkeytyessä muodostuva ns. polaritoni muuttaa molekyylien energiatiloja ja siten ominaisuuksia. Näillä uusilla menetelmillä voidaan tulevaisuudessa kenties korvata kemian teollisuudessa käytettäviä katalyyttejä. Polaritonit mahdollistavat myös äärimmäisen nopean ja tehokkaan energian siirron, jota voidaan soveltaa esimerkiksi aurinkoenergian keräämiseen. Kaikki uuden keksinnöt auttavat meitä vihreässä siirtymässä, selventää Toppari.

Tutkimuksen kohde vaihtui, mielenkiinto ei

Toppari on aina ollut kiinnostunut fysiikasta. Heinolan Lyseonmäen lukiosta valmistuttuaan hän haki opiskelemaan Jyväskylään ja Helsinkiin. Näistä kahdesta kaupungista hän valitsi Jyväskylän. Soveltavan fysiikan alan pro gradu -tutkielma valmistui tavoitetahdissa vuonna 1997, jonka jälkeen väitösopinnot jatkuivat saman tien Jyväskylässä. Hän aloitti jatko-opintonsa professori Jukka Pekolan tutkimusryhmässä tutkien kvanttimekaanisia tunnelointi-ilmiöitä metallisissa nanorakenteissa. Toppari väitteli filosofian tohtoriksi vuonna 2003 ja päätti vaihtaa tutkimusalaansa.

- Tutustuin DNA:n monipuolisiin mahdollisuuksiin ennen oman ryhmäni perustamista työskennellessäni prof. Päivi Törmän tutkimusryhmässä. Silloin DNA:n sähkönjohtavuus oli kova juttu ja alkoi ohjata omaa tutkimussuuntaani. Myös nanotiede oli vahvasti pinnalla ja yliopiston uusi nanotiedekeskuskin valmistui juuri. Tässä ympäristössä kiinnostuin koko ajan enemmän poikkitieteellisyydestä, kertoo Toppari.

Oma tutkimussuunta alkoi vahvistua akatemiatutkija nimikkeen myötä vuonna 2009, jolloin Toppari perusti oman tutkimusryhmänsä ja alkoi tutkia enemmän metamateriaaleja. Topparin kotipesä on aina ollut Jyväskylä, mutta hän vietti puoli vuotta Saksassa (Leibniz Institute of Photonic Technology, IPHT, Jena). Yhteistyö kyseisen instituutin kanssa on edelleen tiivistä. Vuosina 2018-2021 Toppari on toiminut Jyväskylän kansainvälisen kesäkoulun puheenjohtajana ja yliopistokollegion jäsenenä. Samoin vuodesta 2018 lähtien hän on ollut nanotiedekeskuksen johtoryhmän jäsen ja nanotieteen opetuksesta vastaava henkilö, sekä viime vuodesta alkaen myös keskuksen tieteellinen varajohtaja.

Poikkitieteellistä ajattelua

Tutkimuksen tekeminen on Topparin sydämen asia, mikä motivoi häntä joka päivä tulemaan töihin. Myös kansainvälinen yhteistyö on hänelle kaikki kaikessa.

- Ellei ole kiinnostusta asioiden syvällisempään pohtimiseen tai ratkaisujen löytämiseen on myös turha olettaa uusien oivallusten syntyvän. Ajatukset avartuvat, kun tapaa paljon erilaisia tutkijoita ympäri maailman, jotka ovat kiinnostuneita samasta aiheesta, sanoo Toppari.

Myös opettaminen tekee Topparin työpäivistä antoisia. Opetuksen kehittäminen on tärkeää, sillä Toppari haluaa herättää opiskelijoiden kiinnostuksen alalle sekä nykyisissä että tulevissa opiskelijoissa.

- Tavoitteeni ei kuitenkaan ole, että kaikki opiskelijat ovat kiinnostuneita juuri nanoteknologiasta vaan haluan kehittää nimenomaan opiskelijoiden poikkitieteellistä ajattelua, kertoo Toppari.

Tiedekunnassa vahva yhteishenki

Avoin ilmapiiri ja yhdessä tekeminen on parasta Jyväskylän yliopiston matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa. Apua löytyy aina, kun sitä tarvitaan.  

- Varsinkin nanotiedekeskuksessa välitön yhdessä tekeminen korostuu, kun ihmiset työskentelevät saman kiinnostuksen parissa. Aina voi keskustella jonkun kanssa esiin tulleesta ongelmasta ja sen ratkaisemisesta, iloitsee Toppari.

Vapaa-aikana musiikkia

Elämä ei kuitenkaan ole pelkkää tutkimusta ja opettamista. Musiikki on aina ollut tärkeää Topparille ja vapaa-aika vietetään sekä oman että pojan bändin kanssa. Musiikin ja tutkimuksen tekemisessä on paljon samaa, sillä molemmissa pitää olla luova ja keksiä uutta.

- Tähtään tietenkin suureen maailmankiertueeseen tälläkin hetkellä aktiivisesti keikkailevan bändini Whipping Post:n kanssa. Se tapahtuu varmaankin vasta eläkkeellä ollessani, jos silloinkaan, mutta unelmia pitää kaikilla olla, nauraa Toppari.