Nanofotoniikka on uusi ja poikkitieteellinen tieteen ja teknologian ala. Se keskittyy sähkömagneettisen säteilyn ja aineen väliseen vuorovaikutukseen nanoskooppisen pienissä tilavuuksissa.
TTY:llä nanofoniikan piiriin kuuluvia aloja ovat puolijohdelaserit, optoelektroniset komponentit ja valokemia. Puolijohdelasereita ja optoelektronisia komponentteja tutkitaan ja kehitetään Optoelektoroniikan tutkimuskeskuksessa (ORC) ja valokemiaa kemian laitoksen valo- ja nanokemian tutkimusryhmässä.
Valokemia
Professorien Helge Lemmetyinen ja Nikolai Tkachenko johtama valo- ja nanokemian tutkimusryhmä tekee työtä huippunopean spektroskopian ja molekulaarisen valokemian aloilla. Ryhmän tutkimustyö keskittyy molekyylien muodostamiin kompleksisiin, erilaisia toiminnallisia ryhmiä ja komponentteja sisältäviin rakenteisiin, jotka yhdessä synnyttävät uusia kemiallisia ilmiöitä ja ominaisuuksia. Keskeistä työssä on kompleksisten yhdisteiden synteesi, molekyylien itsejärjestäytyminen ja valolla aikaan saadut uudet ilmiöt. Tutkimusryhmään kuuluu noin 20 nanotekniikan tutkijaa. Aiheeseen liittyen ryhmä on tuottanut TTY:ssä 17 väitöskirjaa.
Ryhmän työ on kansainvälisesti arvostettua. Yhteistyötä on Yhdysvaltoihin ja Euroopan maihin, mutta vahvinta se on Osakan ja Kioton yliopistoissa toimivien ryhmien kanssa lukuisine Suomen Akatemian ja Japan Society for the Promotion of Sciences’in tukemine hankkeineen. Näistä käynnissä (2010-13) on hanke “New materials for harvesting solar energy”. Hanke liittyy ryhmien soveltavaan tutkimukseen orgaanisten aurinkokennojen valmistamiseksi. Ryhmät pyrkivät vaihtoehtoiseen, ympäristöystävälliseen ja hinnaltaan edulliseen energian tuotantoon kehittämällä täysin orgaanisiin materiaaleihin perustuvaa aurinkokennoa. Orgaaninen valokenno sisältää kaikki nanotekniikan ja -kemian elementit.
Kansallisia Akatemian tukemia hankkeita ovat “Electron transfer mechanism in excited state” (2008-11), “Advanced Photoactive Materials for Organic Solar Cells” (2010-13) ja “Optically responsive sensor surfaces based on chlorophyll derivatives” (2010-13).
Puolijohdelaserit ja optoelektroniset komponentit
Optoeletroniikan tutkimuskeskus (ORC) on nanofotoniikan johtava tutkimuskeskus Suomessa. Alan vahvoja tutkimuksellisia ja teollisia keskittymiä ovat puolijohde- ja kuitulasereiden nanoskooppiset rakenneosat, nanofotoniikkaan pohjaavat ultranopeat optiset pulssit, diffraktiiviset optiset elementit valon manipulointiin ja kustannustehokas nanopainotekniikka.
ORC:n tutkimustyön lopputavoitteena on siirtää teknologiaa suomalaisen yhteiskunnan hyödynnettäväksi. Käytännön sovelluksia ovat muun muassa fotonikiteet esimerkiksi aaltojohteisiin, kvanttimekaaniset puolijohdepeilit femtosekuntiluokan laserpulssien tuottamiseen ja soft-embossing eli nanopainotekniikka pintareliefien, kuten fotonikiteiden ja diffraktiivisten elementtien tekoon.
Optoelektroniikan tutkimuskeskus osallistuu aktiivisesti Suomen Akatemian ja Tekesin rahoittamiin tutkimusohjelmiin. Tavoitteisiin kuuluu laajentaa entuudestaan Euroopan unionin hankkeisiin osallistumista. ORC koordinoi tällä hetkellä yhtä EU STREP –projektia ja on yhdessä IP –projektissa partnerina. Tämän lisäksi ORC:lla on kolme Marie Curie IRSES –projektia liittyen tutkijavaihtoon Euroopan ja Kiinan ja Euroopan ja Venäjän välillä. ORC:n johtajana toimii Pekka Savolainen.