Filosofian tohtori Yahong Chenin väitöstutkimus käsittelee uusia, satunnaisten sähkömagneettisten pinta-aaltojen, niin sanottujen pintaplasmonipolaritonien muodostamia kenttiä. Tällaisten valokenttien synnyttämisessä ja ominaisuuksien, sekä sovellusten tutkimuksessa paljastuu väitöstyössä aivan uusi tieteenala – tilastollinen plasmoniikka.
Kun pikkukiviä heitetään lampeen, pallomaiset aallot leviävät osumakohdasta pitkin veden pintaa. Nanofotoniikassa tapahtuu samanlainen ilmiö. Veden pinta-aaltojen kaltaisia sähkömagneettisia aaltoja, jotka etenevät metallin pinnalla, voidaan synnyttää valaisemalla metallipintaa (esimerkiksi kultaa tai hopeaa). Tällaisia metallin rajapinnassa virittyneitä sähkömagneettisia pinta-aaltoja kutsutaan pintaplasmonipolaritoneiksi. Plasmoniikka koskee erityisesti pintaplasmonipolaritonien käyttäytymistä. Plasmoniikka, jota pidetään uudenaikaisena optiikan alana, on kehittynyt erittäin nopeasti kahden viime vuosikymmenen aikana. Se esiintyy nanoteknologian, kvanttimekaniikan, lähikenttäoptiikan ja kiinteän aineen fysiikan rajalla. Nykyään plasmoniikalla on laajoja monitieteellisiä sovelluskohteita.
Kaikissa luonnossa esiintyvissä tai optiikan laboratorioissa tehdyissä valonlähteissä esiintyy enemmän tai vähemmän satunnaisia vaihteluja, sekä paikka-, että aika-avaruudessa. Tilastollinen optiikka on aihe, joka käsittelee satunnaisten valokenttien käyttäytymistä. Koherenssi on tilastollisen optiikan avainkäsite, joka säätelee, ja jonka avulla voidaan kuvata satunnaisesti vaihtelevan valokentän tärkeimpiä fysikaalisia ominaisuuksia. Tähän mennessä plasmoniikka on pääosin koskenut vain monokromaattisten, ja siten täysin koherenttien ja polaroituneiden pintaplasmonikenttien ilmiöitä. Satunnaisesti vaihtelevien eli osittain koherenttien pintaplasmonien ominaisuudet ovat oleellisia sekä perusteorian, että käytännön sovellusten kannalta. Siksi satunnaisten pintaplasmonien muodostamien valokenttien fysiikan ja potentiaalisten sovellusten tutkimus on huomattavan tärkeää.
Tässä opinnäytetyössä tutkittiin satunnaisesti vaihtelevien pintaplasmonien muodostamien kenttien tilastollista käyttäytymistä. Polykromaattisten, kontrolloidusti osittain koherenttien pintaplasmonien synnyttämistä, fysikaalista esitystä ja havainnointia tarkasteltiin. Osittain koherenttien, strukturoitujen pintaplasmonikenttien erinäisiä ominaisuuksia tutkittiin yksityiskohtaisesti. Tilastollisen plasmoniikan tutkimukset voivat tuoda uusia läpimurtoja pintafotoniikassa ja valon lähikenttätekniikassa.
PhD Yahong Chenin fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Partially coherent surface plasmon polariton fields tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä toimii professori Girish Agarwal, Texas A&M University, USA, ja kustoksena professori Ari T. Friberg, Itä-Suomen yliopisto.
Väittelijän painolaatuinen kuva on osoitteessa https://mediabank.uef.fi/A/UEF+Media+Bank/35803?encoding=UTF-8