Teksti Helge Lemmetyinen
Tampereen yliopiston fysikaalisen kemian professori Nikolai Tkachenko menehtyi 67-vuoden iässä 23. huhtikuuta 2024. Tkachenko oli ympäri maailmaa tunnettu spektroskopisti ja valokemisti, jolle tiede oli kuin taidetta.
Nikolai Tkachenko sai mainetta sekä teoreetikkona että kokeellisena tutkijana. Hän omistautui valokemiaan, molekyylielektroniikkaan, molekulaariseen nanoteknologiaan ja tehokkaiden aurinkokennojen kehittämistyöhön.
Nikolai Tkachenkon yllättävä kuolema sairauskohtaukseen järkytti syvästi hänen kollegoitaan, työtovereitaan, oppilaitaan ja ystäviään.
Nikolai Tkachenko syntyi 7. tammikuuta 1957 Kaliningradissa. Hän suoritti MSc tutkinnon Moskovan Fysiikan ja teknologian Instituutissa 1980 ja PhD tutkinnon Neuvostoliiton Tiedeakatemian Yleisen fysiikan Instituutissa 1989.
Kaksi vuotta tämän jälkeen Nikolai Tkachenko saapui tukijaksi Helsingin yliopiston kemian laitoksella toimivaan valokemian tutkimusryhmään.
Hänet nimitettiin vuonna 2000 Tampereen Teknillisen yliopiston fysikaalisen kemian dosentiksi ja 2008 yliopiston fysikaalisen kemian professoriksi.
Vaikuttava optiikan ja lasertekniikan asiantuntemus
Suomessa valokemian tutkimuksen oli aloittanut jo 70-luvulla Helsingin yliopiston fysikaalisen kemian professori Jouko Koskikallio. Tutkimus kohdistui aluksi kaasureaktioihin mutta laajeni pian käsittämään myös liuosreaktiot.
Tutkimusryhmän toimintaedellytykset kehittyivät merkittävästi 80-luvun lopulla aikaerotteisten nano- ja pikosekuntiluokan spektrofotometrien hankinnoilla. Tutkimusryhmä keskittyi valokemian kinetiikkaan kiinteissä molekyylikalvoissa ja -kerroksissa sekä membraanirakenteissa. Tällä oli syy-yhteys Nikolain Tkachenkon tuloon Helsingin yliopistoon.
Vuoden 1964 fysiikan nobelistilla Alexander Prokhorovilla oli suuri vaikutus Tkachenkon saapumiseen Suomeen. Neuvostoliiton Tiedeakatemian yleisen fysiikan Instituutin johtaja Prokhorov lähetti keväällä 1985 kirjeen ja kertoi instituuttinsa olevan kiinnostunut Helsingin yliopiston valokemian ryhmän molekyylikerroksiin kohdistuvasta valokemian tutkimuksesta ja ehdotti yhteistyötä.
Yhteydenotto johti tutkijoiden vaihtoon, yhteisiin seminaareihin ja julkaisuihin. Keväällä 1990 Prokhorov tiedusteli hänen ohjauksessaan vastikään väitelleen Nikolai Tkachenkon mahdollisuutta tulla tutkijaksi valokemian ryhmään.
Nikolain väitöskirja käsitteli membraanirakenteiden biologisia ilmiöitä. Aihe ja Nikolain asiantuntemus optiikassa ja lasertekniikassa tekivät vaikutuksen. Nikolai saapui perheineen Helsinkiin keväällä 1991.
Valokemian yksikkö Tampereelle
Tampereen teknillinen korkeakoulu, myöhemmin Teknillinen yliopisto ja nykyinen Tampereen yliopisto, päätti 90-luvun alussa käynnistää kemian pääaineopinnot ja perustaa kemian laitoksen. Professorinimityksen myötä Helsingin yliopiston valokemian tutkimusryhmä siirtyi Tampereelle 1994.
Yliopiston viesti uudelle laitokselle oli selkeä: tehtävänä on käynnistää kemian pää- ja sivuaineopinnot sekä kansainvälisesti korkeatasoinen kemiantutkimus.
Tutkimusryhmä toi mukanaan jo silloin hyvällä kansainvälisellä tasolla olevat nano-pikosekuntiluokan spektrometriset laitteistonsa. Ryhmän tutkimusala oli supramolekulaaristen rakenteiden huippunopeat reaktiot liuoksissa ja kiinteissä molekyylikalvoissa.
Alan kehitys oli kuitenkin nopeaa ja tutkimus edellytti laitteistoa, joka pystyisi havaitsemaan ja mittaamaan reaktioiden välitilat femtosekuntiluokassa. Tällaisista spektrometreistä ryhmä vain haaveili.
Haave toteutui, kun OPM:n teki keväällä 1996 päätöksen rahoittaa yliopistojen tutkimusinfrastruktuureja. Tampereen teknillinen yliopisto päätti osoittaa osalleen tulevan määrärahan kemian laitokselle, mikäli hankehakemus täyttäisi OPM:n vaatimuksen.
Hakemuksen valmistelu laitetekniikkaan ja optiikkaan liittyvien tekniikkojen osilta lankesi pääosin Nikolaille. Hakemus sai myönteisen päätöksen, ja femtosekuntiluokan spektrometri valmistui saman vuoden syksyllä.
Tutkimustavoitteiden ajankohtaisuutta kuvaa, että emian Nobel-palkinto myönnettiin kolme vuotta myöhemmin professori Ahmed Zewailille maininnalla ”for his work on femtochemistry”.
Femtosekuntilaitteen käyttöönotto oli menestys
Ensimmäinen uudella laitteella saatu kansainvälisesti huomiota herättävä tulos julkaistiin JACSissa 1999. Siinä osoitettiin, että liuosfaasissa tapahtuvan valokemiallisen elektroninsiirtoreaktion (ET) primäärivaiheessa esiintyy aina luovuttaja- ja vastaanottajamolekyylien muodostama virittynyt kompleksi, eksipleksi, jonka absorptio- ja emissiospektrit poikkeavat lähtöaineiden spektreistä.
ET-reaktion mekanismin oli ennustettu tapahtuvaan näin, mutta ryhmä onnistui ensimmäisenä osoittamaan useilla luovuttaja-vastaanottajapareilla, että mekanismi pätee kaikkiin valoindusoituihin ET-reaktioihin, paitsi liuoksissa ja myös kiinteissä molekyylikalvoissa ja membraaneissa.
”Nikolain tiede ei ollut ainoastaan loistavaa, vaan myös kaunista, ennakoivaa ja tunnollista.”
Femtosekuntilaitteen käyttöönotto ja ET-reaktion mekanismin todistaminen, moninkertaisti valokemian tutkimusryhmän tulokset.
Laitteiston valmistumista seuraavien 20 vuoden aikana ryhmä julkaisi aihepiirin liittyen runsaat 300 kansainvälistä artikkelia ja ohjasi runsaat 30 tohtoriväitöskirjaa.
Ilman Nikolai Tkachenkoa ja hänen toteuttamaa spektrometriä tulokset olisivat olleet merkittävästi vaatimattomat, eikä laitos olisi noussut yliopiston tutkimuksen kärkeen.
Vuodesta 2016 lukien Nikolai johti tutkimusryhmää Photonic Compounds and Nanomaterials. Hän jatkoi ET-reaktioiden ja näiden aurinkoenergiasovelluksen tutkimusta, mutta siirtyi enemmän puhtaiden orgaanisten ohutkerrosten tutkimisesta orgaanisten ja epäorgaanisten puolijohdekalvojen ja -pintojen ET-reaktioiden suuntaan. Tutkimus kohdistui valon ja materian vuorovaikutuksiin puolijohde- ja hybridisysteemeissä, kvanttipisteissä ja näiden yhteenliittymissä orgaanisten materiaalien kanssa. Julkaisujen ja väitöskirjojen määrä kasvoi entisestään.
Suomalaisen Tiedeakatemian jäseneksi
Nikolai kutsuttiin kirjoittamaan useita lukuja ja kappaleita spektroskopian ja valokemian alojen tieteellisiin kirjasarjoihin.
Vuonna 2006 ilmestynyt Elsevierin kustantama ja Nikolain kirjoittama monografia Optical Spectroscopy – Methods and Instrumentations. Se on laajasti levinnyt perus- ja oppikirja alaa opiskelevien ja sen parissa työskentelevien keskuudessa.
Nikolai Tkachenko kutsuttiin Suomalaisen Tiedeakatemian jäseneksi 2022, vuosia sen jälkeen, kun hänen ansionsa olisivat kutsuun oikeuttaneet. Jäsenyys toteutui vasta, kun Tiedeakatemia muutti sääntöjään sallimaan myös ulkomaiden kansalaisten jäsenyyden.
Nikolai Tkachenkon ansioihin kuului vaikuttava opetustyö spektroskopiassa ja kvanttikemiassa, erityisesti jatko-opiskeluvaiheen opiskelijoille. Hänen tietonsa ja taitonsa opettaa yksityiskohtaisesti aikaerotteisen spektrometrin teoriaa, käyttöä ja hallintaa teki unohtumattoman vaikutuksen satoihin opiskelijoihin.
Nikolai oli arvostettu tiedemies alalla, joka edellyttää korkeita ammatillisia vaatimuksia. Hän saavutti merkittäviä tuloksia, maailmanlaajuista mainetta ja loi arvokkaita suhteita.
Nikolaita arvostettiin erityisesti siksi, että hän tunsi suunnittelemansa ja rakentamansa laitteistot perinpohjaisesti ja pystyi modifioimaan niiden käyttötarkoitusta kunkin tutkimusongelman erityisvaatimusten mukaan.
Japanilaiset vaikuttuivat syvästi
Laitteiston käyttövariaatio oli ainutlaatuinen kaupallisiin laitteisiin verrattuna. Primäärien mittaustulosten käsittelyyn soveltuvat ohjelmat tekivät suuren vaikutuksen alan tutkijoihin, helpotti heidän tulostenkäsittelyään ja siten synnytti kiinnostuksen yhteistyöhön Nikolain kanssa. Erityisesti hänen työstään vaikuttuivat useat japanilaiset huippututkijat ja yliopistot.
Kun suruilmoitus Nikolain kuolemasta saapui Japaniin, sieltä välittyi takaisin tieto, että Nikolaille oli myönnetty jo ennen poismenoaan Keio Universityn kunniaprofessorin arvo.
Lisäksi Japanin valokemian seura Japanese Photochemistry Association oli palkinnut Nikolain arvokkaalla Honda-Fujishima Lecturership -mitalilla. Kunniaosoitukset lähetetään Nikolain perheelle jakotilaisuuden jälkeen 4. syyskuuta 2024.
Nikolain tiede ei ollut ainoastaan loistavaa, vaan myös kaunista, ennakoivaa ja tunnollista. Tiede oli Nikolaille kuin taidetta.
Nikolai oli ystävällinen opettajana ja miellyttävä kollegana. Hänen poismenonsa on suuri menetys sekä ammatillisesti että henkilökohtaisesti. Tulemme kaipaamaan häntä kovasti.
Nikolaita jäivät kaipaamaan tiedemaailman ja ystävien lisäksi hänen puolisonsa Natalie, lapset Evgenia ja Volodja sekä kaksi tyttären lasta.
Kirjoittaja Helge Lemmetyinen on kemian emeritus professori Tampereen yliopistosta.
