Markus Ahlskog

Markus Erik Ahlskog on suomalainen fyysikko ja professori. Hän on toiminut Jyväskylän yliopistossa fysiikan professorina vuodesta 2004 lähtien. Fyysikkona hän on erikoistunut hiilinanoputkien tutkimukseen.

Markus Ahlskog opiskeli tekniikkaa Teknillisessä korkeakoulussa. Hän aloitti akateemisen uransa jatko-opintojen aikana toimiessaan tutkijana Teknillisen tutkimuskeskuksen (eli silloisen Valtion teknillisen tutkimuskeskuksen, VTT) puolijohdetekniikan laboratoriossa 1989–1994. Sen jälkeen hän työskenteli 1994–1996 vierailevana tutkijana Kalifornian yliopistossa Santa Barbarassa. Santa Barbarassa hän viimeisteli väitöstutkimuksensa. Ahlskog väitteli Teknillisessä korkeakoulussa tekniikan tohtoriksi vuonna 1996. Väitöskirjan aiheena olivat sähköä johtavien polymeerien optiset ominaisuudet ja elektronin kulkeutuminen polymeerin pinnalla.

Erikoistuminen hiilinanoputkiin

Vuonna 1996 nanofysiikka oli vasta kehittymässä oleva ala. Japanilainen professori Sumio Iijima löysi hiilinanoputket ensi kertaa vuonna 1991 tehdessään tutkimusta elektronimikroskoopilla NEC:n laboratoriossa. Sen jälkeen niiden tutkimus maailmanlaajuisesti alkoi levitä. Markus Ahlskog oli lukenut belgialaisen tutkimusryhmän tekemästä työstä yksittäisen hiilinanoputken sähkönjohtavuuden mittaamiseksi. Hän oli etsimässä valmistumisen jälkeen ensimmäistä tutkimuspaikkaansa, ja hän päätti hakea kyseiseen tutkimusryhmään laajentaakseen osaamistaan fysiikan alalla. Ahlskog hyväksyttiin ryhmään ja hän toimi 1996–1999 post doc-tutkijana Leuvenin katolilaisessa yliopistossa. Tutkimusryhmä on erikoistunut erilaisten nanometrimittakaavan rakenteiden tutkimukseen mikroskopian avulla. Menetelminä sovellettiin aluksi pääasiassa tunnelointimikroskopiaa ja sittemmin myös atomivoimamikroskopiaa. Tutkimusryhmä Leuvenin yliopiston fysiikan ja astronomian laitoksella on yhä toiminnassa vuonna 2019 ja sitä johtaa alankomaalainen professori C. Van Haesendonck. 2010–luvulla ryhmä on tutkinut nanorakenteita niin kutsutun SPM-mikroskopian (engl. Scanning Probe Microscopy) avulla. SPM-mikroskooppi on edistynyt tutkimuslaite, jossa yhdistyvät tunnelointimikroskooppi (engl. Scanning Tunneling Microscope, STM) ja atomivoimamikroskooppi (engl. Atomic Force Microscope, AFM) eli instrumentin avulla voi tehdä tutkimusta molempia menetelmiä soveltaen. Belgiassa työskennellessään Ahlskog tutustui ensimmäistä kertaa atomivoimamikroskooppiin, josta on sittemmin tullut eräs keskeinen tutkimuslaite kokeellisen nanotieteen tutkimuksessa.

Vuonna 1999 Ahlskog palasi takaisin kotimaahan. Hän työskenteli vuosina 1999–2004 Teknillisen korkeakoulun Kylmälaboratoriossa. Laboratoriossa oli 1990–lopulla aloitettu nanofysiikan tutkimus. Tutkimusta tehtiin professori Mikko Paalasen johdolla. Kylmälaboratoriossa toimi tuona aikana Suomen Akatemian huippututkimusyksikkö (vuosina 2000–2005).

Professoriksi

Jyväskylän yliopisto nimitti Ahlskogin fysiikan professoriksi ja hän aloitti tehtävässään helmikuun alussa 2004. Uuden professuurin ala määriteltiin tarkemmin keskittyväksi kokeelliseen tiiviin aineen fysiikkaan. Tutkimusala on osa Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen kokeellisen fysiikan tutkimusta. Professori Ahlskog tutkii hiilinanoputkia, ja sitä, millä tavoin hiilinanoputkia voidaan hyödyntää erilaisissa teknologisissa sovelluksissa. Tutkimusalana hiilinanoputkitutkimus lukeutuu nanofysiikkaan ja laajemmin nanotieteisiin. Nanotieteistä Jyväskylän yliopistossa ovat edustettuina nanofysiikan ohella nanokemia ja nanobiologia. Käytännössä nanobiologia tarkoittaa solu- ja molekyylibiologian tutkimusta. Ahlskog on tutkimusprojekteissaan tehnyt yhteistyötä biologien ja kemistien kanssa.

Ahlskogin aloittaessa professorina Jyväskylän yliopistossa toimi vuosina 2000–2005 professori Juha Äystön johtama ydin- ja materiaalifysiikan huippututkimusyksikkö. Yksikön toinen päätutkija oli professori Matti Manninen. Huippuyksikön materiaalifysiikan osiossa tutkittiin mm. nanorakenteiden fysikaalisia ominaisuuksia ja valmistusta. Markus Ahlskogin tekemä hiilinanoputkien tutkimus oli osa tätä materiaalifysiikan tutkimusta. Sittemmin Jyväskylän yliopistossa on toiminut professori Ahlskogin johdolla molekulaarisen teknologian tutkimusryhmä. Ryhmä toimii fysiikan laitoksen ja nanotiedekeskuksen yhteistyöprojektina.

Tutkimustyön ohella Ahlskog opettaa sovellettua materiaalifysiikkaa. Hän on Jyväskylän yliopistossa toimiessaan ohjannut ainakin kuusi väitöskirjaa. Professori Ahlskogin tieteellinen julkaisutuotanto vuoden 2019 loppuun mennessä kattaa 14 tieteellistä tutkimusartikkelia.

Fyysikkona Ahlskogin pääasiallinen tutkimuskohde ovat olleet erilaisten materiaalien ja puolijohteiden sähköiset ominaisuudet. Professorina hän on tutkinut pääasiassa hiilinanoputkia. Hän tutkii niiden fysikaalisia ominaisuuksia. Rakenteellisesti yksittäisen nanoputken konfiguraatioita on periaatteessa lukemattomia. Ahlskogin mukaan eräät näistä konfiguraatioista antavat hiilinanoputkelle metalliset ominaisuudet ja eräät toiset puolestaan puolijohteen ominaisuudet. Hiilinanoputken rakenne siis määrittelee, onko sillä enemmän sähköä johtavan metallin tyyppiset ominaisuudet, vai käyttäytyykö se lähinnä puolijohteen tavoin.

Nanohiiliputken fysikaalisista perusominaisuuksista Ahlskogin ja tämän tutkimusryhmän tarkastelussa on ollut esimerkiksi elektronin kuljetus yksittäisen hiilinanoputken pinnalla. Materiaalien pintojen ja rajapintojen ominaisuudet ovat merkittävässä roolissa, kun materiaaleihin perustuvia uusia teknologisia sovelluksia kehitetään. Sovelluksien edellytyksiä selvitetään ensin perustutkimuksen avulla. Esimerkkinä perustutkimuksesta Ahlskog ryhmineen tutki vuonna 2009 hiilinanoputkia käyttämällä tutkimusmenetelmänä Raman-spektroskopiaa. Tutkimusprojektissa tarkasteltiin elektronin kuljetusta nanoputken pinnalla. Sen ohella tutkittiin hiilinanoputken rakennetta ja spektroskopisia ominaisuuksia. Tutkimusprojektiin osallistui professori Mika Pettersson, jonka erikoisalaa ovat erilaiset optiset kuvantamismenetelmät ja spektroskopia.

Perustutkimuksen ohella Ahlskog tutkii, miten hiilinanoputkia voitaisiin hyödyntää erilaisissa teknologisissa sovelluksissa. Aloittaessaan professorina (2004) Ahlskog visioi, että hiilinanoputkien tutkimuksessa voisi löytyä uusia teknologisia sovelluksia ja hiilinanoputkirakenteille saada uusia funktionaalisia ominaisuuksia, jos niihin yhdistetään biomolekyylejä. Sittemmin hän on yhteistyössä kemistien ja nanobiologien kanssa on pyrkinyt kehittämään hiilinanoputkille uusia sovelluksia biokemiallisen funktionalisoimisen kautta. Vuosina 2012–2016 Ahlskog johti osana Suomen Akatemian Ohjelmoitavat materiaalit (OMA) -hanketta tutkimusprojektia, jossa pyrittiin kehittämään hiilinanoputkeen perustuva ohjelmoitava bioaktuaattori.

Ahlskogin viimeisin tutkimustyö on käsitellyt moniseinäisiä hiilinanoputkia. Hänen tutkimusryhmänsä on tehnyt teeman alalla kokeellista tutkimusta. Ahlskog on jatkanut myös hiilinanoputkien yhdistämistä erilaisiin molekyyleihin. Eräs sovellus oli esimerkiksi ohutkalvojen sähkönjohtavuuden tutkiminen, kun vesiliukoisena seoksena oli hiilinanoputkia ja hemiselluloosaa. Ryhmä mittasi ohutkalvojen konduktanssia matalissa lämpötiloissa. Tutkimuksessa havaittiin, että hemiselluloosa ei merkittävästi vaikuttanut nanohiiliputken sisäosan konduktanssiin.

• Professori Ahlskogin tieteellisiä julkaisuja Jyväskylän yliopisto, fysiikan laitos. (englanniksi)