Materiaalifysiikan suunnannäyttäjä

14.2.2014

Nanotieteiden ja materiaalifysiikan edelläkävijä ja suunnannäyttäjä professori Risto Nieminen on uusi tieteen akateemikko.

"Täydellinen yllätys. Ylpeyden ja nöyryyden aihe", toteaa Risto Nieminen hänelle myönnetystä arvonimestä.

Nieminen on teoreettisen ja laskennallisen materiaalifysiikan tutkija – fyysikko, joka tutkii materiaa niin nanoetäisyydeltä kuin makrotasollakin ja selvittää, millainen yhteys on epäorgaanisten ja orgaanisten materiaalien fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien ja atomi- ja molekyylikoostumuksen ja rakenteen välillä.

Nieminen ei tule akateemisesta perheestä eikä huippututkijan aseman tavoittelu ollut motivaattori, kun Teknillisen korkeakoulun diplomityöntekijä päätti 1970-luvulla edetä jatko-opintoihin.

"Vähän lapsenomainen kiinnostus fysiikkaan ja tutkimukseen, uteliaisuus – ne ovat pitkälti ohjanneet urakehitystä. Meillä fyysikoilla on vahva halu ymmärtää, mistä tässä maailmassa oikein on kysymys."

Laaja-alainen vaikutus tieteeseen

Teoreettinen ja laskennallinen lähestymistapa erilaisten materiaalien ominaisuuksiin palvelee monia tahoja. Niemisen työtä leimaa myös monimittakaavaisuus eli fysikaalisten ja kemiallisten ilmiöiden tutkimus atomiskaalasta makrotasolle. Näistä syistä hänen työllään on kattava vaikutus: se lävistää fysiikan tieteenalana ja koskettaa muitakin aloja biologiasta insinööritieteisiin.

Materiaalifysiikan tutkimukseen perustuu esimerkiksi koko informaatioteknologian kehitys muistitikuista tietoliikenneverkkoihin. Materiaalien elektronisten ominaisuuksien selvittämisen kulmakivi, tärkein laskennallinen menetelmä teoreettisessa materiaalitutkimuksessa, on nk. tiheysfunktionaaliteoria. Tätä teoriaa ja sen sovelluksia Nieminen ryhtyi kehittämään jo sen varhaisvaiheessa 1970-luvulla ja löysi kantavat ideat, joiden varaan on rakennettu paljon sekä teoriassa että käytännössä. Nieminen on kehittänyt pitkäjänteisesti 1970- ja 80-luvuilla myös positroniannihilaation teoriaa ja menetelmiä, jotka ovat keskeisiä esimerkiksi puolijohdemateriaalien tutkimuksessa.

Lisää tieteellisiä saavutuksia

Nanotieteessä on nykyään mahdollista "atomaarinen Lego-leikki", jossa ainetta muokataan ja koostetaan eri tavoin atomi- ja molekyylitasolla. Koska rakennusvaihtoehtoja on ääretön – esimerkiksi yksi atomi miljoonasta voi ratkaisevasti muuttaa transistoria – on joukosta haarukoitava ne, jotka ovat tavoittelemisen arvoisia. Se tapahtuu suurtehotietokoneita hyödyntävällä teoreettisella ja laskennallisella lähestymistavalla, jonka avulla ennustetaan erilaisia ilmiöitä ja ominaisuuksia. Laskennalliset menetelmät ovat välttämättömiä myös kokeellisten tulosten tulkinnassa.

Nieminen on kehittänyt tietokonepohjaisia laskennallisia menetelmiä ja erilaisia mallinnus- ja simulointimenetelmiä yhdistäen niitä monimittakaavaiseksi materiaalitutkimukseksi. Sovelluksia erilaisiin materiaali-ilmiöihin, usein yhteistyössä kokeellisten tutkijoiden kanssa, on useita, esimerkkeinä katalyyttiset pintareaktiot, aurinkokeräimet, biologiset prosessit, materiaalien atomistiset rakennevirheet, atomi- ja molekyyliryppäät, uudet elektroniikan materiaalit ja nanomateriaalit ja -rakenteet.

Perustutkimukseksi luonnehdittava työ on vaikuttanut suoraan monien uusien materiaalien ja ilmiöiden löytämiseen ja ominaisuuksien ymmärtämiseen, kuten IT-teknologiassa kosketusnäytöt ja yhdistepuolijohteet, joilla saadaan aikaan juuri halutunlaista koherenttia valoa vaikkapa CD- ja Bluray-soittimiin.

Materiaalifysiikan laskennallisia menetelmiä käytetään fysiikan lisäksi muillakin aloilla talous- ja yhteiskuntatieteitä myöten.

Urapolku

Nieminen huomasi jo nuorena tutkijana, että tieteellistä katsontakantaa ja verkostoja on etsittävä ulkomailta. Uran alku loi pohjaa tulevalle menestykselle. Nieminen teki väitöskirjaa (1975) Cambridgen yliopistossa ja post-doc-työtä teoreettisen fysiikan tutkimuslaitoksessa NORDITAssa Kööpenhaminassa. Tärkeitä olivat myös myöhemmät vierailut Cornellin yliopistossa Yhdysvalloissa.

"Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen apulaisprofessorina (1978-86) sain jo nuorena tutkijana paljon vastuuta mutta myös merkittävän vapauden rakentaa oman tutkijaryhmän."

Uran kivijalkana toiminut Teknillinen korkeakoulu muuttui vuonna 2010 Aalto-yliopistoksi. Nieminen – joka oli siihen mennessä ollut mm. Tieteen tietotekniikan keskuksen CSC:n tieteellinen johtaja (1989-96), pohjoismaisen NORDITAn johtaja (2007-8), akatemiaprofessori (1997-2008) sekä laskennallisen nanotieteen huippuyksikön (COMP) johtaja (2000-2013) ja tehnyt omaa tutkimustaan COMPin EPM-ryhmässä materiaalien sähköisistä ominaisuuksista – nimitettiin ensimmäiseksi Aalto-professoriksi (2010). Tällä hetkellä hän on Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulun dekaani ja yliopiston johtoryhmän jäsen.

Näkemyksiä tieteen tekemisestä

Tutkimustyö on kokeneellekin tutkijalle elämys. "On uskomaton tunne ensinnäkin itse ymmärtää asia, jonka kanssa on paininut, ja toiseksi nähdä muiden soveltavan ideaa. Vertaan tätä luovaan työhön: tutkijalla on väkevä tunneside asiaan, jonka hän kokee omakseen."

"Suurimpina vaikuttajina kiitän opiskeluaikojeni professoreita Otaniemessä, Cambridgessa ja Kööpenhaminassa sekä monia kollegoita, työtovereita ja oppilaita ympäri maailmaa. On ollut etuoikeus nähdä alan kehitys yli 40 vuoden aikana."

Sydäntä lähellä on tieteestä kertominen yhteiskunnalle äidinkielellä ja vaikuttaminen suomalaiseen ja pohjoismaiseen tieteeseen ja yhteiskuntaan. Nieminen muodostaa ja tuo kuuluviin tiedeyhteisön ääntä lukuisten tieteellisten luottamustehtävien kautta, joita ovat tarjonneet mm. European Academy of Science, Psi-k Network, Fritz-Haber-Institute (Max-Planck), Thomas Young Centre (Lontoo), Centre Europeen Calcul Atomique et Moleculaire (CECAM, Lausanne) sekä kotimaassa Suomen Kulttuurirahasto, Osk. Huttusen säätiö, Keksintösäätiö ja Instrumentariumin tiedesäätiö. Työ mahdollistaa ammatillisen avartumisen ja tutkimukseen vaikuttamisen lisäksi elinikäisiä ystävyyssuhteita yli tiede- ja taiderajojen.

Tulevaisuus

Suomesta on hyvä ponnistaa huippututkijaksi. Niemisen mukaan tiedettä tuetaan ja arvostetaan, mutta tasapainoa kaivataan strategisen ohjauksen ja tutkijalähtöisen perustutkimuksen välille. Nuorille olisi annettava tilaisuuksia vastuuseen ja ympäristön vaihtoon.

Yhteistyön merkitys, kiristynyt kilpailu ja viiveetön informaatiokulku ovat trendejä, jotka sisältävät mahdollisuuksia mutta myös vaaroja, kuten ajankäytön pirstoutumista ja keskittymisen puutetta. "Tieteessäkin uusi megatrendi on 'big data', suuret tietovarannot. Se korostaa tarvetta toimia pirstaloitumista vastaan: on arvostettava aitoa innostusta, asiaan paneutumista ja avoimuutta yhteistyölle kilpailijoiden kesken."

Niemisen "sormet syyhyävät yhä" tutkimuksen pariin. "Scifiltä tuntuvat kvanttimaailman ilmiöt tulevat enenevässä määrin arkeemme. On jo esimerkiksi kaupallisia sovelluksia lomittumista hyödyntävästä kryptografiasta, jolla tietoliikenne salataan niin, ettei salakuuntelu ole edes periaatteessa mahdollista. Erityisesti kiinnostavat dynaamiset eli ajasta riippuvat ilmiöt sekä valon ja materian välinen vuorovaikutus, kuten fotosynteesi ja aurinkokennot. Myös hybridimateriaalit, kuten metallien, puolijohteiden ja biomateriaalien yhdistelmät, vievät kohti mielenkiintoista tulevaisuutta."

Teksti: Niina Mäki-Kihniä
Henkilökuva: Pekka Kiirala

Julkaistu alun perin A propos -verkkolehdessä.

Viimeksi muokattu 4.5.2015
Seuraa meitä:
FacebookSlideshareTwitterYoutube
VAIHDE 029 533 5000
KIRJAAMO 029 533 5049
FAKSI 029 533 5299
   
SÄHKÖPOSTI etunimi.sukunimi@aka.fi
AUKIOLO Arkisin 8.00-16.15
   
HENKILÖHAKU »
YHTEYSTIEDOT, LASKUTUS  JA
REKISTERISELOSTEET»
KYSYMYKSET JA PALAUTE »