Superpinnoitteiden kehittäjä professori Mikko Ritala palkittiin

29.4.2020
Magnus Ehrnroothin säätiön vuoden 2020 kemian palkinto on myönnetty professori Mikko Ritalalle, joka johtaa Helsingin yliopistossa atomikerroskasvatuksen tutkimusryhmää.

Professori Mikko Ritala kuuluu suomalaisen kemian ehdottomaan eliittiin ja on maamme siteeratuimpia kemistejä, todetaan matemaattisten alojen tutkimusta edistävän Magnus Ehrnroothin säätiön perusteluissa. Viime vuosina Ritala on ollut erityisen aktiivinen uusien nanorakenteisten materiaalien kehittämisessä atomikerroskasvatusta käyttäen. 20 000 euron suuruinen palkinto julkistettiin 29.4.2020 mutta Tiedeseuran juhlallisuudet siirtyvät syksyyn. 

Jo alkuvuodesta julkistettiin toinen palkinto. Mikko Ritalalle on myönnetty myös ALD 2020 Innovator award “For Original Work and Leadership in ALD”, joka on atomikerroskasvatuksen kansainvälisen tutkijayhteisön antama arvostettu tunnustus.

Epäorgaanisen materiaalikemian professorina Helsingin yliopistossa vuodesta 2003 lähtien toiminut Ritala on kotoisin Nokialta ja asuu nyt Espoossa. Työmatka Kumpulan kampukselle taittuu useimmiten polkupyörällä. Hän on kaikilla sarjatasoilla pelannut koripalloilija, jonka nykyinen joukkue on Leppävaaran Pyrinnön Faijat 4. divisioonassa. Ritala harmittelee, että tämä hänelle jo 43. perättäinen kausi jäi koronan vuoksi kesken.

Läpimurtolöydösten ketju

Tutkimusuraltaan Ritala ei halua nimetä mitään yksittäistä saavutusta muita tärkeämmäksi. Jo kolmekymmentä vuotta jatkunut atomikerroskasvatuksen kehittäminen Helsingin yliopistossa on sarja keksintöjä, joihin jokaiseen on tarvittu vähän erilaista kemiaa. Kun yhteen puolijohdeteollisuuden tarpeeseen kehitettiin tietynlainen kalvo ja sen kemia saatiin määritettyä, niin kalvoa on pystytty käyttämään moneen muuhunkin sovellukseen.

Myös jalometalliprosessit ovat löytyneet vaiheittain, ja lopulta löytyi myös alkemistin unelma, kullan ALD-prosessi.

ALD-tutkimus on ollut toisaalta perustutkimusta ja toisaalta vastannut suoraan teollisuudesta tulleisiin tarpeisiin ja niistä kummunneisiin haasteisiin. Tarpeita on kuultu erityisesti Helsingin yliopiston tiloissa Chemicumissa saman katon alla toimivan kansainvälisen yrityksen, ASM Microchemistry Oy:n kautta.  

— ALD-kemiassa prosesseja kehitetään varsin suoraviivaisesti käytännön kokeiden kautta. Etsitään oikeat lähtöaineet ja oikeat olosuhteet, joilla yritetään saada tehtyä tarkoituksenmukaisia ohutkalvoja toistettavasti. ALD-reaktori on kuin musta laatikko, johon syötetään lähtöaineet, valitaan parametrit ja toivotaan tulokseksi hyvää kalvoa, sanoo Ritala. Reaktorista ulos tulevaa kalvoa analysoimalla yritetään sitten ymmärtää, mitä reaktorissa tapahtui, ja parannetaan valintoja seuraavaan kokeeseen.  

Kun hyvää ja käyttökelpoista kalvoa syntyy, prosessi otetaan usein suoraan yritysten tuotekehitykseen, ja jossain vaiheessa tutkijat saattavat menettää näkyvyyden siihen, missä prosessia lopulta käytetään. Tämä ei näytä ALD-laboratorion tutkijoita haittaavan, sillä he keskittyvät yhä uusien materiaalien ja sovellutusten löytämiseen.  

Tutkijoiden tavoitteena on kehittää myös syvällistä ymmärrystä pintareaktioiden mekanismeista ALD-prosessin aikana. Seuraavaksi siirrytäänkin mekanismitutkimukseen, johon ollaan saamassa ensi vuoden alussa lisää laitteita Suomen Akatemian profilointirahoituksen kautta. Kun ymmärrys reaktiomekanismeista lisääntyy, niin voidaan kehittää uusia lähdeaineita ja prosesseja ja näiden kautta myös uusia sovellutusalueita.

Kiinnostava ja erilainen tutkimusalue on luusolujen kasvua kiihdyttävien pinnoitteiden tekeminen esimerkiksi implanttien pinnalle. Pinnoitteet voivat koostumukseltaan jäljitellä luunomaa mineraalia tai jollain muulla tapaa tuottaa toivotun biovasteen.

Mitä yhteistä on hammastahnalla ja ALD-ohutkavolla?

Atomikerroskasvatuksen ominaispiirre on, että prosessin avulla pystytään tuottamaan alustakappaleen pinnan muotoja tarkasti seuraileva ja joka puolelta täsmälleen yhtä paksu, äärimmäisen ohut kalvo.

Kestävätkö nuo kalvot sitten ikuisesti vai onko vaarana, että odotettavissa on seuraava mikromuovin kaltainen ongelma?

Mikko Ritalan mukaan yleisesti ottaen kalvot ovat stabiileja ja pysyvät hyvin kiinni alustassaan, mutta osa kalvoista on reaktiivisempia ja ne voivat ajan myötä reagoida ilman kanssa eli hapettua. Periaatteessa jos kalvo pääsisi alustamateriaalista irti, se voisi päätyä luontoon ja silloin tietysti merkitystä on sillä, mitä aineita kalvossa on käytetty. Elintarvikkeena ja hammastahnoissa valkoisena väriaineena käytetty titaanidioksidi on yksi varhaisimmista ALD-ohutkalvomateriaaleista.

Omassa väitöskirjatutkimuksessaan vuonna 1992 Ritala valmisti titaanidioksidikalvoja. Hän totesi äskettäin näiden kalvojen säilyneen ehjinä ja muuttumattomina.

Atomikerroskasvatuksen huippuyksikkö

Suomen Akatemian huippuyksiköksi 2012-17 kehittynyt ALD-laboratorio on syntynyt Mikko Ritalan ja Markku Leskelän yhteistyönä.

— Meitä molempia on tarvittu kasvattamaan kriittinen massa, toteaa parin vuoden ajan tutkimusryhmää johtanut Ritala. Jo eläkkeelle siirtynyt Leskelä työskentelee edelleen Helsingin yliopistossa lähes päivittäin.

Ritalan ja Leskelän yhteinen työhistoria juontaa Turkuun. Mikko Ritala aloitti kemian opiskelut Turun yliopistossa ja valmistui sieltä maisteriksi 1991. Samaan aikaan Turussa oli professorina Markku Leskelä. Maisterin tutkinnon jälkeen Ritala siirtyi jatko-opiskelijaksi Helsingin yliopistoon, johon Leskelä oli perustanut ALD-laboratorion.

Tällä hetkellä ALD-laboratoriossa työskentelee parisen kymmentä tutkijaa, mukana myös kansainvälisiä jatko-opiskelijoita esimerkiksi Iranista ja Kiinasta. – Tämä on ryhmätyötä parhaimmillaan. Kukaan ei voi yksin menestyä, Ritala jakaa tunnustusta ryhmälleen ja myös muille yhteistyökumppaneille, joista lähin ja pitkäaikaisin löytyy Kumpulan kampukselta. - Fysiikan osaston Kiihdytinlaboratorion ionisuihkuanalyysimenetelmillä on ollut alusta asti hyvin tärkeä rooli ALD-tutkimuksessamme.  

Valmistuneet opiskelijat ovat nopeasti työllistyneet alan yrityksiin, joita Suomessakin on useita. Mikä on pitänyt Ritalan yliopistossa?

— Yliopistomaailmassa on parasta tietty itsenäisyys ja mahdollisuus uuden kehittämiseen, sanoo Ritala. Vapaus oman työn järjestelyyn on ollut myös yksi syy, joka on pitänyt Mikko Ritalan Helsingin yliopistossa ja auttanut torjumaan seireenien houkutuksen, kuten hän itse toteaa teollisuuden taholta tulleista työtarjouksista.

Ritala on seurannut läheltä yritysten toimintaa ja vastaa etenkin markkinoinnin osalta yliopiston tiloissa toimivasta Kumpula Business Labsista, joka tarjoaa toimitiloja ja mahdollisuuden tutkimusyhteistyöhön yritysten ja yliopiston välillä.

— Tällä hetkellä Kumpula Business Labsin tilat ovat täynnä ja kysyjiä ohjataankin muualle yliopiston tiloihin, toteaa Ritala.

Apua ilmastoahdistukseen

— Kemistit tuottavat ratkaisuja ilmastonmuutoksen hillintään, sanoo Mikko Ritala. Ei riitä, että mitataan ja politikoidaan, kestävän kehityksen ja kiertotalouden tekemiseen tarvitaan kemiaa.

Kemia ei ole viime aikoina ollut muotiala ja opiskelemaan pääsee helpommin kuin monille muille aloille. Tänä vuonna hakijoita oli 400 ja aloituspaikkoja on 100 ja valinnat tehdään pääasiassa todistusvalintana.

Ritala suosittelee kemian opiskelua ilmastoahdistuksesta kärsiville nuorille ja toivottaa motivoituneet opiskelijat tervetulleiksi.

Lisätietoja:

Mikko
Ritala
professori
Kemian osasto
Tieteenala Kemia