Tiiviin aineen fysiikka tutkii erilaisten materiaalien sähköisiä, magneettisia, mekaanisia, termisiä, akustisia, ja optisia ominaisuuksia. Mikroskooppisella tasolla jokainen materiaali koostuu samoista perusosasista: atomeista ja elektroneista, jotka vuorovaikuttavat sähkömagneettisen kentän välityksellä kvanttimekaniikan lakien mukaan. Tiiviin aineen fysiikka pyrkii selittämään, kuinka eri materiaalien erilaiset ominaisuudet syntyvät mikroskooppisten rakenneosasten järjestyessä eri tavoin. 

Erityisenä kiinnostuksen kohteena ovat kollektiiviset ilmiöt kuten suprajohtavuus, joiden syntymistä ei voi päätellä suoraan yksittäisten rakenneosasten ominaisuuksista. Kollektiivisten ilmiöiden käsittely vaatii teorian karkeistamista valikoimalla siihen vain ilmiön kannalta olennaiset prosessit. Tiiviin aineen teorian kovaa ydintä ovatkin yksinkertaistetut fenomenologiset mallit, jotka luovat intuitiivisen kuvan tutkittavasta ilmiöstä.

Nykyisessä tiiviin aineen fysiikan tutkimuksessa tärkeä työväline on nanofysiikka, joka auttaa selvittämään erityisesti miten ilmiöt muodostuvat siirryttäessä muutaman atomin ryppäästä kohti isompia rakenteita.

Ryhmämme tutkii kvanttimekaanisia ja klassisia ilmiöitä nanokokoisissa elektronisissa rakenteissa. Aiheita ovat mm. suprajohtavuus, magnetismi, topologiset materiaalit ja avoimet kvanttisysteemit. Teemme projekteissamme yhteistyötä maailman johtavien kokeellisten ryhmien kanssa.

Nykyisiä tutkimusaiheita

  • Tasovyösuprajohtavuus ja -magnetismi. Olemme tutkineet vuorovaikuttavia elektronisia olomuotoja systeemeissä, joiden elektronidispersio on tavanomaisesta poikkeava.
  • Grafiitin elektroniset ominaisuudet ja topologiset materiaalit. Etsimme malleja, jotka selittäisivät grafiitin rajapinnoilla havaitun korkean lämpötilan suprajohtavuuden. Nämä mallit yleistyvät myös geneerisiin, keinotekoisesti valmistettaviin topologisiin rakenteisiin.
  • Epätasapainoilmiöt ja lämpösähköilmiöt suprajohde/ferromagneettirakenteissa. Viimeaikaisissa tutkimuksissa olemme luokitelleet näissä rakenteissa ilmenevät epätasapainomoodit. Olemme myös esittäneet kuinka suprajohde/ferromagneettirakenteita voidaan käyttää erittäin tarkan säteilynilmaisimen valmistamiseksi.
  •  
    Kvanttioptomekaniikka, erityisesti sen mikroaaltototeutukset. Erityisesti olemme tutkineet optomekaanisten systeemien käyttöä kvanttirajoitteisina vahvistimina. Olemme myös tutkineet optomekaniikkaa suprajohtavia liitoksia sisältävissä rakenteissa, joiden avulla voidaan päästä optomekaniikan halutulle yhden fotonin voimakkaan kytkennän alueelle, jossa siis jo yksittäinen fotoni tekisi systeemistä epälineaarisen.