Teksti: Erika Palmerio
Kivikirveistä pronssimiekkoihin, teräksisiin höyrykoneisiin ja piipohjaisiin mikrosiruihin, materiaalit ja taito muokata niitä ovat siivittäneet ihmisen taivalta halki historian. Materiaalien merkitystä ihmiskunnalle on vaikea vähätellä, eikä vähiten siksi, että myös me itse koostumme samoista rakennuspalikoista. Materiaalien sielunelämään voi kurkistaa useilla eri tavoilla, kuten esimerkiksi röntgensäteiden avulla. Röntgenfotonien aallonpituus on samaa suuruusluokkaa kuin kemiallisten sidosten pituudet ja niiden energiat vastaavat atomien kuorielektronien viritysenergioita. Nämä ominaisuudet tekevät röntgensäteilystä monipuolisen välineen materiaalitutkimuksen työkalupakissa.
Nuori fyysikko Ari-Pekka Honkanen tutkii materiaaleja röntgensäteiden avulla. Hän työskentelee väitöskirjatutkijana Helsingin yliopiston röntgenfysiikan osastolla. Ari-Pekka oli jo lapsena kiinnostunut tekniikasta, matematiikasta, ja yleisesti luonnontieteistä. Hyvin pitkään on ollut tiedossa, että hän halusi tehdä aikuisena jotain tieteen liittyvä, mutta kokeelliseen fysiikkaan kiinnostus tuli sitten vasta lukiossa hänen fysiikan opettajan kautta. Se, mitä Ari-Pekka tekee nyt, ei ole kuitenkaan vain kokeellista tutkimusta, koska hänen laboratoriossaan tutkitaan luontoa käyttämällä myös teoreettisia ja laskennallisia työkaluja. “Se on hyvä juttu – sanoo Ari-Pekka – koska tietokoneetkin on aina kiinnostunut minua”.
Ari-Pekka aloitti Helsingin yliopiston fysiikan laitoksen opiskelijana syksyllä 2009. Hänen kandidaatin tutkielmansa tehtiin Aalto-yliopistolla Complex Systems and Materials ryhmässä, kun hän oli siellä kesäharjoittelijana. Aiheena oli paperia venyttäessä syntyvän akustisen emission mittaaminen. Ari-Pekka rakensi koejärjestelyyn ultraäänianturisysteemin, joka kuuntelee paperista kuuluvia räsähdyksiä. Kokeessa on tärkeää relevanssia paperiteknologian kannalta, sillä jos paperi repeää esimerkiksi linjalla, niin sen vaihtaminen on iso ja kallis urakka. “Tämä oli hyvin soveltavaa materiaalitutkimusta”, kertoo Ari-Pekka.
Röntgenfysiikan tutkimusta alkoi Ari-Pekka kesäharjoittelijana ESRF-synkrotronilla Ranskan Grenoblessa, jonka jälkeen hän on jatkanut Helsingin yliopiston röntgenfysiikan osastolla. Hänen gradututkielmansa on jo Suomen Fyysikkoseuralle tuttu, Ari-Pekka kirjoitti artikkelin pro-gradustaan Arkhimedes-lehteen (linkki). Ari-Pekasta tuli filosofian maisteri vuonna 2015 ja hän voitti vuonna 2016 Suomen Fyysikkoseuran nuoren fyysikon palkinnon pro gradu –työllään “Pallotaivutettujen kideanalysaattorien röntgendiffraktio-ominaisuudet”.
Maisteritutkinnon jälkeen Ari-Pekka suoritti siviilipalveluksensa Helsingin yliopiston kemian laitoksella epäorgaanisen kemian laboratoriossa. Hän piti huolta mittalaitteiden kehittämisestä ja ylläpidosta ja hän tekee vielä yhteystyötä kemian laitoksen kanssa nykyään väitöskirjaprojektinsa parissa. Projektin tarkoitus on soveltaa synkrotronisäteilyteknikoita atomikerroskasvatuksen (engl. atomic layer deposition, ALD) tutkimiseen. Ari-Pekka työskentelee väitöskirjatutkijana sekä tietokoneella että laboratoriossa. Helsingin yliopiston röntgenlaboratoriossa on hänen pääosin itse rakentamansa kideoptiikkaan perustuva röntgenabsorptiospektrometri, jolla atomien absorptiokertoimia mittaamalla pääsee käsiksi mm. niiden hapetuslukuun ja kemiallisten sidosten pituuksiin.
Ari-Pekka pitää soveltavasta tutkimuksesta eniten ja suurin osa projekteista, jossa hän on ollut mukana, liittyy erinäköisiin energiateknisiin ratkaisuihin. Esimerkiksi, hän on tutkinut paljon akkumateriaaleja ja osallistuu parhaillaan synteesikokeeseen, jossa tuotetaan katalyyttisesti hiilimonoksidista ja vedystä pitkäketjuisia hiilivetyjä, joilla on käyttöä esimerkiksi polttoaineena. “Energian tuottamiseen liittyy todella paljon ongelmia – sanoo Ari-Pekka – ja energiaa tarvitaan tulevaisuudessa aina vain enemmän ja enemmän. Se täytyy pystyä tuottamaan luontoa säästäen”. Hän on röntgenfyysikko, mutta häntä kiinnostaa myös energiatekniikka ja biologiset systeemit, joista jälkimmäisten tutkiminen röntgensäteilyä käyttäen on erityisen haasteellista.