Valikoitujen elektronisten siirtymien tulkinta ja relativistinen simulointi: M-kuoren aukkotilojen purkautuminen kromi-, bromi- ja rubidiumatomeissa

Yksittäisten atomien elektronirakenteen eli sen, miten elektronit asettuvat atomiydinten ympärille niin kutsuttuun elektroniverhoon, tunteminen auttaa ymmärtämään kyseisistä atomeista koostuvien yhdisteiden ja materiaalien pienen kokoluokan ominaisuuksia. Tällaista tietoa voidaan tulevaisuudessa hyödyntää muun muassa materiaalitieteissä sekä yhä pienempiä tietoteknisiä komponentteja kehitettäessä.

Väitöstyössä on tutkittu atomaarisen kromin, rubidiumin ja bromin elektronirakennetta sekä niiden elektroniverhojen ominaisuuksia. Saadut tulokset kokonaisuutena ovat osoitus magneettipullolaitteistolla tehtyjen mittausten monipuolisuudesta sinällään tai yhdistettynä perinteisempiin menetelmiin. Tämän lisäksi väitöskirja tuo ilmi, kuinka huolellinen ja kattava teoreettinen mallinnus mahdollistaa mittaustulosten yksityiskohtaisen tulkinnan.

Väitöstyössä elektroniverhon rakennetta ja ominaisuuksia on tutkittu poistamalla elektroni kohdeatomista ja seuraamalla tästä tapahtumasta alkunsa saavia elektronisia purkausprosesseja ja siirtymiä. Mittaustuloksia on tulkittu teoreettisiin malleihin pohjautuvien laskelmien avulla.

Kromiatomin ominaisuuksia on tarkasteltu perinteisillä elektronispektroskooppisilla mittausmenetelmillä, kun taas rubidiumatomien tutkimiseen sovelletut magneettipullolaitteistoon perustuvat menetelmät ovat uudenaikaisempia ja mahdollistavat useiden peräkkäisten purkausprosessien yhtäaikaisen havainnoinnin. Bromiatomin tutkimuksessa on yhdistetty molempia menetelmiä, minkä lisäksi mittaustuloksia on vertailtu muihin atomeihin, joilla on samanlainen elektronirakenne. Kaikkia tutkittuja atomeja on mallinnettu teoreettisesti relativistisilla kvanttimekaanisilla menetelmillä.

Kromitutkimuksen tulokset tarkentavat aikaisempia mittauksia ja antavat aihetta tulkita yhden havaituista siirtymistä toisin kuin aiemmat tutkimukset. Mittaukset rubidiumin valituista siirtymistä auttavat ymmärtämään sen elektroniverhon rakennetta entistä tarkemmin. Tuloksista voidaan tunnistaa ensimmäistä kertaa varmuudella myös tarkastellun purkauksen kanssa samanaikaisesti tapahtuvia elektroniverhon sisäisiä siirtymiä. Bromimittausten perusteella sen elektronirakenne tunnetaan aiempaa perusteellisemmin. Tämän lisäksi purkausprosessista voidaan nähdä yksittäinen hyvin nopea siirtymä, joka olisi jäänyt havaitsematta perinteisemmillä menetelmillä.