Monet valoon liittyvät teknologiat perustuvat ilmiöihin, joissa on osallisena nk. triplettitiloja. Tyypillisesti triplettitiloja on pidetty haitallisina, sillä ne voivat esimerkiksi olla ”pimeitä” eli eivät emittoi valoa tai ne voivat reagoida hapen kanssa vahingoittaen systeemin toimintaa.
– Triplettitilojen on pitkään ajateltu olevan joko kuriositeetteja tai suorastaan haitallisia. Nämä asenteet ovat kuitenkin tällä vuosituhannella alkaneet muuttua, kun triplettitiloja on opittu hyödyntämään ja hallitsemaan. Esimerkiksi puhelimien näyttöjen orgaaniset LEDit tai syövän hoitoon käytettävä fotodynaaminen terapia perustuvat triplettitiloihin, Jussi Isokuortti valottaa.
Yksi triplettitilojen olennaisista ominaisuuksista on niiden kyky siirtyä molekyyliltä toiselle. Tällä triplettienergiansiirrolla voidaan siis virittää molekyylejä triplettitiloille epäsuorasti niin sanottujen valoherkistimien avulla.
– Valoherkistäjät ovat väriainemolekyylejä, jotka valoa absorboidessaan tuottavat suurella todennäköisyydellä virittyneitä triplettitiloja. Nämä viritetyt triplettitilat voidaan sitten siirtää molekyyleille, jotka eivät muuten muodostaisi triplettitiloja, Isokuortti selventää.
Epäsuoraa triplettitilojen viritystä voidaan käyttää esimerkiksi uusien molekyylien synteesien valokatalyysissa tai, kuten Isokuortin väitöskirjassa, valon ylöskonversiossa ja valokytkennässä.
Valon ylöskonversiossa virittävän valon aallonpituus muutetaan lyhyemmäksi eli systeemin absorboima punainen valo muutetaan siniseksi emissioksi. Ilmiötä voidaan hyödyntää muun muassa aurinkokennojen tehokkuuden parantamiseen, valolla tapahtuvaan 3D-tulostukseen tai lääkkeenvapautukseen kudoksessa. Valokytkennässä taas valoviritys muuttaa molekyylin eli valokytkimen rakennetta ja siten ominaisuuksia, mikä mahdollistaa monia sovelluksia aurinkoenergian varastoinnista ja robotiikasta lääketieteeseen. Valokytkimien epäsuora viritys triplettienergiansiirrolla mahdollistaa näiden systeemien virittämisen pidemmillä aallonpituuksilla. Tällä on suuri merkitys erityisesti lääketieteessä, koska ihon läpäisee vain punainen tai infrapunavalo.
– Väitöskirjassani tutkin, miten viritysenergian luovuttajien eli valoherkistäjien sekä vastaanottajien ominaisuudet vaikuttavat triplettienergiansiirron termodynamiikkaan. Näitä oppeja käytettiin ylöskonversion tehokkuuden parantamiseen ja valokytkennän viritysaallonpituuksien pidentämiseen jopa infrapuna-alueelle, Isokuortti tiivistää.
Hyvinkäältä kotoisin oleva Jussi Isokuortti aloitti yliopiston mielessään matematiikan ja luonnontieteiden aineenopettajaopinnot, kunnes useampi kesä tutkimusapulaisena johdatteli hänet tutkijaksi. Valmistuttuaan diplomi-insinööriksi vuonna 2019 hän aloitti tohtoriopinnot professori Timo Laaksosen Supramolecular chemistry of bio- and nanomaterials -ryhmässä. Tohtorinhatun saatuaan hän jatkaa valokemian tutkimusta Yhdysvalloissa University of Texas at Austinissa.
DI Jussi Isokuortin väitöskirja Triplet Energy Transfer in Photon Upconversion and Photoswitching tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 10.6.2022 klo 12 Hervannan kampuksen Festia-rakennuksen salissa FA032, Pieni Sali 1 (Korkeakoulunkatu 8, Tampere). Vastaväittelijänä toimii professori Kasper Moth-Poulsen ICREA- ja ICMAB-CSIC-instituuteista. Kustoksena toimii professori Timo Laaksonen tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.
Väitöstä voi seurata myös etäyhteydellä (Panopto).
Väitöskirjaan voi tutustua osoitteessa: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-2464-3
Kuva: Cristina Palma