Elektronirakennelaskut sovellettuna eräiden metalliatomien spektroskooppiseen tutkimukseen

Yksittäisten atomien ytimiä ympäröivän elektroniverhon rakenteen perustutkimuksella luodaan tärkeää informaatiota materiaalirakenteiden perusosista. Tätä tietoa voidaan hyödyntää tulevaisuudessa muun muassa kyseisiä atomeja sisältävien yhdisteiden ja materiaalien teknologisessa kehityksessä. Lisäksi tutkimus voi tulevaisuudessa olla merkityksellistä raskasmetallien molekylaarisen kiertokulun ymmärtämisessä ja siten myös jäätikköalueiden sulamisen yhteydessä ennustetun laajan raskasmetallien (mm. elohopea) vapautumisen vaikutusten selvittämisessä.

Väitöstutkimuksessa käytettiin tutkimusmenetelmiä, joissa ionisoivalla säteilyllä viritettiin tai poistettiin yksittäisiä elektroneja tutkittavan kohdeatomin elektroniverhosta. Säteilyn ja aineen vuorovaikutuksen seurauksena alkunsa saavien elektronisten siirtymien ja purkausprosessien seuraaminen mahdollisti kohteena olevan atomin elektroniverhon rakenteen ja ominaisuuksien tutkimuksen.

Tutkimuksessa hyödynnettiin perinteisen fotoelektronispektroskopian lisäksi magneettipullolentoaikaspektrometrillä mitattua kokeellista aineistoa. Tästä spektrometristä tekee poikkeuksellisen sen kyky havaita lähes kaikki tutkimusnäytteestä emittoituvat elektronit. Spektrometrin suuri keräystehokkuus, yhdistettynä useamman samasta ionisaatiotapahtumasta peräisin olevan elektronin yhtäaikaiseen havainnointiin perustuvaan koinsidenssimittausmenetelmään, mahdollistaa muun muassa sellaisten prosessien tutkimisen, joissa emittoituu useampi elektroni ja joiden tapahtumatodennäköisyys on pieni.

Väitöstutkimus keskittyy erityisesti atomien elektronirakenteen teoreettiseen mallintamiseen ja kokeellisissa mittausaineistoissa havaittujen elektronisten siirtymien ja atomien elektronien sidosenergiarakenteen tulkintaan teoreettisista mallinnuksista saatujen tulosten avulla. Tutkimuksessa verrattiin multikoinsidenssitekniikalla mitattujen, useampaan kertaan ionisoitujen elohopea- ja kaliumatomien elektronispektrejä teoreettisesti laskettuihin spektreihin, mikä auttaa ymmärtämään näiden atomien elektronirakennetta entistä paremmin. Teoreettisen mallintamisen perusteella voitiin esimerkiksi nimetä ennen tunnistamaton spektriviiva kahteen kertaan ionisoidun kaliumin elektronispektrissä. Lisäksi teoreettiset laskelmat osoittivat, että kaliumatomin kokeellisesta mittausaineistosta havaitut elinaikalevenemät ovat seurausta elektronien välisistä korrelaatiovuorovaikutuksista.