Atomien ja molekyylien tutkimusta sisäkuorten fotoelektronispektroskopialla hyödyntäen kovaa röntgensäteilyä

Aineen elektronirakenteen tutkimus on tärkeässä osassa jokapäiväisessä elämässämme, esimerkiksi erilaisten teknologisten sovellusten kehityksessä. Erilaiset spektroskooppiset menetelmät tarjoavat mielenkiintoisia mahdollisuuksia elektronirakenteen tutkimiseen.

Yksi näistä menetelmistä on tässä työssä käytetty elektronispektroskopia, joka erityisesti soveltuu säteilyn ja aineen vuorovaikutuksen seurauksena syntyvien prosessien tutkimiseen. Elektronispektroskopia mittaa näissä prosesseissa kuten fotoionisaatiossa ja erilaisissa Auger-prosesseissa syntyvien elektronien liike-energiaa ja lukumäärää.

Nykyaikaisilla synkrotronisäteilylähteillä saatavilla oleva kovan röntgenalueen säteily on avannut uusia mahdollisuuksia kaasumaisessa olomuodossa olevien yksittäisten atomien ja molekyylien fotoelektronispektroskooppiseen tutkimukseen. Kovan röntgensäteilyn fotoni voi virittää atomeja ja molekyylejä syviltä kuoriorbitaaleilta saaden atomit ja molekyylit energeettisesti korkeasti viritettyyn tilaan, minkä seurauksena tapahtuu hyvin nopeita, femtosekuntien aikaskaalassa olevia elektronisia siirtymiä ja molekyylien dynaamisia prosesseja atomin tai molekyylin pyrkiessä uudelleen energiaminimiin.

Tässä väitöstutkimuksessa tällaisia kovan röntgensäteilyn virittämiä elektronisia siirtymiä tutkittiin jodiatomeissa, jotka olivat osa CH3I- ja CF3I- molekyylejä, atomaarisessa kryptonissa ja HBr-molekyylin bromiatomissa. Kokeellisissa elektronispektreissä havaittuja siirtymiä tulkittiin teoreettisten relativististen atomi- ja molekyylilaskujen avulla. Suhteellisuusteoreettisten vaikutusten ja kvanttielektrodynaamisten korjausten huomattiin olevan tärkeitä tulosten tarkassa tulkinnassa.