Atomien sisäkuorten elektronirakenteen spektroskopiaa

Yksittäistä atomia voidaan ajatella materiaalitieteessä aineen pienimpänä osana, jonka elektroniverhon rakenne määrää miten se reagoi ympäristössään muodostaen suurempia kokonaisuuksia yksittäisistä molekyyleistä aina kiinteään aineeseen asti. Atomeja tutkitaan häiritsemällä niitä jollain tunnetulla ulkoisella häiriöllä ja mittaamalla atomin vaste, jota vertaamalla teoreettisiin ennusteisiin voidaan tutkia kyseisen atomin ominaisuuksia. Yksi atomien tutkimuksessa usein käytetty ulkoinen häiriö on fotoni, koska riippuen fotonien energiasta ne aiheuttavat tutkittavan atomin elektroniverhossa tarkoin määrättyjä siirtymiä. Eräs tällainen siirtymä on fotoionisaatio, jossa atomiin osuva fotoni irrottaa siitä elektronin. Lisäksi jos fotonin irroittama elektroni on atomin syvemmiltä kuorilta, sen jättämä aukko voi täyttyä siten, että siihen siirtyy elektroni joltain ulommalta kuorelta ja samanaikaisesti toinen elektroni lähtee atomista. Tällaista siirtymää sanotaan Auger-purkautumiseksi.

Tässä väitöstyössä on tutkittu vapaita atomeja mittaamalla niiden fotoionisaatiota seuraava fotoelektroni ja ionisaation jälkeisen Auger-purkautumisen niin sanottu Auger-elektroni käyttäen elektronispektroskopian tutkimusvälineistöä. Mittaukset suoritettiin synkrotronisäteilylähteellä Max-laboratoriossa, joka on hyvin intensiivinen ja säädettävä valonlähde näkyvältä alueelta röntgensäteilyyn asti. Kokeelliset mittaukset analysoitiin käyttäen kvanttimekaanisia laskentamalleja.

Työssä tutkitut atomit olivat germanium ja gallium. Nämä alkuaineet ovat hyvin tärkeitä modernissa elektroniikassa puolijohdekomponentteina ja mahdollisesti tulevaisuuden nanomittakaavan elektroniikan rakenteissa. Nanomittakaavan kvanttipisteissä ja muutaman atomin levyisissä nanojohdoissa atomien kvanttimekaaniset ominaisuudet ovat määräävässä asemassa, jolloin näiden atomien tuntemus myös yksittäisinä on oleellista. Työssä saatiin uutta tietoa tutkittujen atomien elektronien sisäkuorista, niiden dynamiikasta ja elektronien välisistä korrelaatioefekteistä.​