Historia

Wihurin fysiikantutkimuslaitoksen ensimmäiseksi esimieheksi valittiin profesori Väinö Hovi, joka toimi esimiehenä kaksi ensimmäinstä vuosikymmentä. Hänen aikakautenaan Hovi päätti itse kaikesta laitokseen liittyvästä ja piti langat käsissään niin sen sisäpuolella kuin ulospäinkin

Alku aikoina erilaisia tutkimusryhmiä oli noin kymmenkunta. Näiden ryhmien tutkimusalueet sekä ryhmien määrät ovat muuttuneet aikojen saatossa, alun sirpaloituneisuudesta, päämäärätietoiseen tiedontavoitteluun.

• Vuonna 1959 laitoksella tutkittiin ammoniumkloridin lämpölaajenemiseen liittyviä kummallisuuksia sekä ultraäänen käyttöä aineiden kimmoisten ominaisuuksien selvittämiseksi matalissa lämpötiloissa.
• Vuonna 1960 laitos hankki Jenny ja Antti Wihuri rahaston avustuksella NMR (ydinmagneettinen resonanssi) kojeiston. Parin vuoden päästä hankittiin myös Wihuri rahaston apurahojen avulla sekä röntgendiffraktiokojeisto että elektronimikroskooppi.
• Professori Hovi oli hyvin kiinnostunut faasimuutoksia ja niihin liittyvistä energioista, joten niitä tutkittiin laitoksen alku aikoina paljon, kellaritilassa K55.

Laitteiden hankinnat vaativat aina suuria investointeja, joten välillä on helpompi rakentaa laitteistot itse. Laitoksen laitteiden rakentamisesta vastasi tällöin työpaja, jossa työskenteli alan ammattilaisia. Siellä on aikojen saatossa rakennettu muun muassa hyvinkin monimutkaisia laitteita suprajohdemagneeteista pulssispektriin ja SQUID-magnetometristä laserhöyrystyskammioon.

Vuonna 1958 aloitettiin laitoksella aloitettiin tutkimaan avaruudesta tulevaa suurenergistä hiukkassäteilyä eli kosmista taustasäteilyä.

Aluksi kaikki mittalaitteet olivat maanpinnalla muun muassa 1950-luvun loppulla rakennettiin geigermittareista koostuva säteilyä mittaava teleskooppi. Nykyään heillä ei ole käytössä maanpinnalla olevia mittalaitteistoja.

Vuonna 1987 Suomi liittyi Euroopan avaruusjärjestön eli ESA:n jäseneksi. Tämä loi uudenlaisia mahdollisuuksia erilaisten tutkimuslaitteiden hankintaan. Koska he olivat tehneet tutkimusta Auringon hiukkasista niin tämä ryhmä ehdotti, että he voisivat lähettää avaruuteen Auringon hiukkasia mittaavan laitteen. Lopulta näin kävi, sillä vuonna 1995 ERNE (Energetic and Relativistic Nuclei and Electron experiment) lähetettiin avaruuteen avaruusobservatorion SOHO:n mukana tutkimaan auringon purkauksista syntyvää suurenergiaisten hiukkasäteilyn ioni- ja elektroni koostumusta.

Uudistuksen myötä wihurin fysiikantutkimuslaitoksen kosmisen säteilyn ryhmä erotettiin laitoksesta omaksi laboratoriokseen eli avaruustutkimus laboratorioksi.

Ydinmagneettisella resonanssi ilmiöllä eli NMR:lla voidaan tutkia molekyylien rakenteita. Tunnetuin sovellus NMR:sta on MRI-kuvaus, jota käytetään sairaaloissa.

Alusta asti NMR-tutkimus on ollut kiinteän aineen tutkimusta. Vuonna 1960 ryhmä sai Wihuri rahastolta apurahan, jolla voitiin hankia sähkömagneetti, jolla saavutettiin yhden teslan kenttä. Se oli tuona aikana Suomen mittapuulla harvinaisen voimakas kenttä.

Vuonna 1972 Wihurin rahaston myöntämillä varoilla voitiin ostaa ensimmäin kaupallinen NMR-spektrometri. Tämän lisäksi vuonna 1984 ryhmä sai käyttöönsä 7 teslan suoprajohdemagneetin ja neljä vuotta myöhemmin uuden Brukerin 300 MHz spektrometrin.

Tutkimusaiheita aikojen saatossa:

• 1960- luvulla NMR-ryhmässä tutkittiin muun muassa ionikiteissä akustisesti tai sähköisesti aikaansaadutuja ydinmagneettisia muutoksia sekä kiinteän aineen ionien pyörähtelyä ja reorientaatiota. Reorientaation tutkiminen työllisti ryhmää monta vuotta.
• 1970-luvulla tutkittiin paljon antiferromagneettisten aineiden ydinmagneettista resonanssia sekä tehtiin tutkimuksia lääketieteellisiin tarkoituksiin.
• 1980-luvulla Wihurin fysiikantutkimuslaitoksessa otettiin Suomen ensimmäinen magneettikuva, oliivin poikkileikkauksesta (1981). Tällä vuosikymmenellä oteettiin myös käyttöön ESR (Electron Spin Resonance) spektrometri, jolla saatiin jälleen uusia mahdollisuuksia tutkia aineen ominaisuuksia.
• 1990-luvulla pyrkimys oli selvittää matalissa lämpötiloissa tapahtuvaa kiinteän aineen molekyylien ja atomien liikettä sekä energiatiloja.

Vuonna 1977 Wihurin fysiikantutkimuslaitos sai uuden professorin Matti Krusiuksen. Hän perusti uuden tutkimusryhmän, jonka tutkimuskohteena oli spin-polaarisesti suunnattu atomaarinen vety. Ryhmä toimii edelleen aktiivisesti tehden tutkimusta alle 1 kelvinin lämpötiloissa ja korkeissa magneettikentissä.

Ryhmän ensimmäinen työ, oli rakentaa laitteisto, jolla päästäisiin erittäin mataliin lämpötiloihin. Tämä laitteisto perustui diluutiojäähdyttimeen. Sen rakennustyöt kestivät 4-5 vuotta, mutta lopulta kojeisto oli valmis ja tutkimus voitiin aloittaa.

Heillä on ollut meneillään kolme tutkimusprojektia:

• Projekteista vanhin on maailmalla hyvin tunnettu atomaarisen vetykaasun tutkimus eli tutkitaan yksittäisten vety atomien käyttäytymistä yhden kelvinin lämpötilassa.
• Toisen tutkimusprojektin tavoite on saavuttaa Bose-Einsteinnin kondensaattitila. Bose-Einsteinin kondensaatti (BES) on tila, joka havaitaan erittäin matalissa lämpötiloissa. Tällöin atomien liike-energia on vähäistä. Vuonna 1995 ryhmä keskittyi tutkimaan kaksiuloitteista vetyä, jota pidäteltiin heliumin pinnalla. Kolme vuotta myöhemmin vaivan näkö tuotti kokeellisen havainnon BES:n kaltaisesta ilmiöstä tälläisessä kaksiulotteista kaasussa. Tästä tuli lopulta yksi laboratorion historian tärkeimmistä ja kuuluisimmista tuloksista.
• Kolmas tutkimusaihe käsittelee elektronin ja atomiydinten spinin magneettista resonanssia fosfori- ja arseeniatomeista, jotka on lisätty piikiteeseen.

Vuonna 1983 Wihurin fysiikantutkimuslaitoksen johtajaksi tuli Reino Laiho. Noihin aikoina hän tutki  magneettisia materiaaleja sekä niiden ominaisuuksia.  Tähän tutkimukseen liittyen ryhmä rakensi 1980- luvulla erittäin herkkä SQUID-magnetometrin, jolla pystyttiin mittaamaan erittäin pieniä magneettikenttiä.

Matalissa lämpötiloissa joidenkin aineiden resistanssi häviää ja niitä voidaan kutsutaan suprajohteiksi. Vuonna 1986 löydettiin eräs korkean lämpötilan suprajohde YBa₂Cu₃O₇ eli YBCO, joka on suprajohtava jo -181^○C lämpötilassa. Tämä tarkoittaa, että jäähdyttämiseen voidaan käyttää nestemäistä typpeä, joka on halvempaa ja sitä on helpompi käsitellä kuin nestemmäistä heliumia.

• Koska laitoksella oli SQUID käytössä halusi Laiho aloittaa uuden tutkimusalan, jossa tutkitaan korkean lämpötilan suprajohteita. Tämä tutkimus keskittyi korkean lämpötilan suprajohteiden ja magnetismin vuorovaikutukseen. Toisin sanoe siihen miten voidaan muuttaa suprajohtavan aineen ominaisuuksia. Tätä tutkimusta tehdään yhä aktiivisesti.
• Ryhmässä tutkitaan myös SFMO eli strontium-rauta-molybdeeni-oksidia ja näiden aineiden magneettisia ominaisuuksia spintroniikan näkökulmasta.

Wihurin fysiikantutkimuslaboratoriossa näytteet eli ohutkalvot valmistetaan itse käyttäen laserhöyrystyskammiota.

Ryhmän tutkimus sijoittuu perustutkimuksen ja soveltavan tutkimuksen väliin. Tarkoituksena on tutkia, miten materiaaleista saadaan parempia, jotta niitä voitaisiin sovelluksissa käyttää.

Tutkijoiden lisäksi Wihurin fysiikantutkimuslaitoksessa on myös teknistä henkilökuntaa, jotka työskentelivät työpajalla. Nykyään työpajaa kutsutaan protopajaksi.

Työpajan henkilökunnan tehtäviin on kuulunut nestemmäistä heliumia ja typpeä tuotto tutkijoiden tarpeisiin. Nykyään typpeä ei nesteytetä, koska sen litra hinta on niin pieni, sillä sitä löytyy ilmasta. Sitä siis tilataan yliopiston ulkopuolelta. Ennen kuin laitos muutti Quantumiin typpeä nesteytettiin itse.

Työpajan työntekijät myös auttavat tutkijoita rakentamaan, muokkaamaan ja huoltamaan tutkijoiden tarvitsemia laitteistoja ja kojeita.

Helium nesteytyy -269 ○C lämpötilassa eli se toimii erinomaisena jäähdyttimenä tieteellisissä tutkimuksissa. Sitä on kuitenkin vaikea käsitellä koska se höyrystyy helposti.

Työpajalla käytetty heliumnesteytin on Suomen ainoa, joka ei ole kaupallisessa käytössä. Wihuri on edelleen sen suurin käyttäjä