Browsing by Subject "Kokeellinen materiaalifysiikka"

Sort by: Order: Results:

Now showing items 1-6 of 6
  • Mäntysaari, Matti (Helsingin yliopisto, 2021)
    This thesis describes the data and data analysis concerning Compton scattering experiments to obtain the Compton profiles of metallic sodium (Na) as a function of temperature. The temperatures used in the experiment were 6 K and 300 K. The purpose of the work was to visualize the effect of temperature in the electron momentum density in a free electron gas. The effects of temperature were expected to be manifested through changes to the Fermi momentum according to the free-electron theory, but also more subtle changes could have been possible owing to possible deviations from the free electron theory. The measurements were done at the European Synchrotron Radiation Facility (Grenoble, France) beamline ID20. The data was analyzed with a help of a program written with Matlab, and it converted the measured Compton spectra from photon energy space to electron momentum space, while applying self-absorption corrections to the data, subtracting background, and normalizing the data using trapezoidal numerical integral to yield final Compton profiles. Results were obtained as valence Compton profiles and their differences between 300 K and 6 K, and compared with the prediction from free-electron gas theory. The Compton profiles followed the predictions of the free-electron gas theory well, although the theoretical profiles had a higher amplitude than the measured profiles. This is a commonly found phenomenon in Compton spectroscopy and assigned to originate from electron-electron correlations. The effect of the temperature in the Compton profiles is in good agreement with the free-electron theory.
  • Zaka, Ayesha (Helsingin yliopisto, 2021)
    X-ray absorption spectroscopy(XAS) measures the absorption response of the system as a function of incident X-ray photon energy. XAS can be a great tool for material characterization due to its ability to reveal characteristic information specific to chemical state of element by using the core level electrons as a probe for empty electronic states just above the Fermi level of the material (XANES) or for the neighboring atoms (EXAFS). For years, the highly brilliant synchrotron light sources remained the center of attention for these XAS experiments, but the increasing competition for available beamtime at these facilities led to an increased interest in laboratory scale X-ray spectroscopy instruments. However, the energy resolution of laboratory scale instruments still remains sometimes limited as compared to their synchrotron counterparts. When operating at low Bragg angles, the finite source size can greatly reduce the energy resolution by introducing the effects of dispersion in the beam focus at the detector. One method to overcome this loss in resolution can be to use a position sensitive detector and use the 'pixel compensation correction' method in the post-processing of the experimental data. The main focus of this study was to improve the energy resolution of a wavelength dispersive laboratory-scale X-ray absorption spectrometer installed at the University of Helsinki Center for X-ray Spectroscopy. The project focuses on the case of Fe K-absorption edge at 7.112 keV energy and a Bragg angle of 71.74 degrees when using Silicon (5 3 1) monochromator crystal. Our results showed that the data that had been corrected using this method showed sharper spectral features with reduced effects of broadening. Moreover, contribution of other geometrical factors to the energy resolution of this laboratory X-ray spectrometer were also estimated using ray-tracing simulation and an expected improvement in resolution due to pixel compensation correction was calculated. The same technique can be extended to other X-ray absorption edges where a combination of a large deviation of Bragg angle from 90 degrees and a large source size contributes a dominant factor to the energy resolution of the instrument.
  • Tikkanen, Emmi (Helsingin yliopisto, 2020)
    Röntgenabsorptiospektroskopia (X-ray absorption spectroscopy, XAS) kuvaa röntgensäteilyn absorboitumistodennäköisyyttä tutkittavaan materiaaliin röntgenfotonien energian funktiona. XAS-spektroskopiaa hyödynnetään monilla tieteenaloilla kuten fysiikassa, materiaalitutkimuksessa, kemiassa ja biologiassa. Menetelmällä saadaan yksityiskohtaista tietoa valitun alkuaineen ympäristöstä ja materiaalin rakenteesta atomitasolla. Kun röntgenfotonin energia vastaa tutkittavan atomin sidosenergiaa, absorptio kasvaa jyrkästi. Tämän nousun eli absorptioreunan paikkaa ei ole yksiselitteisesti määritelty, vaan kirjallisuudessa esiintyy yhä toisistaan poikkeavia menetelmiä absorptioreunan paikan määritykseen XAS-spektristä. Tutkielmassa hyödynnetään XANES-spektroskopiaa (X-ray Absorption Near Edge Structure), joka kuvaa absorptioreunan läheistä aluetta XAS-spektrissä, ja keskitytään koboltin K-kuoren XANES-spektroskopiaan. Työssä tutkitaan absorptioreunan paikan eri määritysmenetelmiä kobolttioksidien CoO, Co2O3, Co3O4 ja LiCoO2 XANES-spektreistä. Käytetyt reunan määritysmenetelmät ovat 1) absorptioreunan puolivälikorkeutta vastaavan energian etsiminen, 2) keskiarvon laskeminen niistä energioista, joilla reunan korkeus saavuttaa 20% ja 80% maksimiabsorptiosta, 3) reunan ensimmäisen käännepisteen etsiminen ja 4) reunan jyrkimmän käännepisteen etsiminen. Tutkielman kirjallisuuskatsauksessa käsitellään röntgenabsorptiospektroskopiaa keskittyen XANES-spektroskopiaan. Kirjallisuuskatsauksessa esitellään eri menetelmiä absorptioreunan määritykseen. Kokeellisessa osiossa mitataan kobolttioksidien spektrit ja verrataan eri menetelmillä määritettyjä absorptioreunojen paikkoja tunnettuihin hapetustiloihin ja pyritään etsimään lineaarista riippuvuutta reunan paikan ja hapetustilan välille. Pienin epätarkkuus, noin 10%, suoran sovituksessa saatiin hapetustilojen ja jyrkimmän käännepisteen menetelmällä määritettyjen reunan paikkojen välille. Tällä menetelmällä sovitussuoran kulmakerroin oli myös suurin, joten voidaan todeta tämän menetelmän herkkyyden olevan suurin. Toisaalta kulmakerroin poikkeaa myös selvästi muilla menetelmillä määritetyistä kulmakertoimista.
  • Kirjasuo, Anu (Helsingin yliopisto, 2021)
    Despite a vast body of knowledge that has already been accumulated on particle transport at both theoretical and experimental level, a simple method for estimating particle source impact on plasma density profile peaking has been lacking. Fable et al. presented a parameter for calculating the source strength (Sstr, the S parameter) in [1]. The parameter is derived from particle flux continuity equation, and after approximations takes as input parameters only the information on neutral beam injection (NBI) power, beam ions injection energy, effective core heat transport diffusivity and plasma density, radius, and volume together with a fitted coefficient from an ASDEX Upgrade experiment. The formula was applied to a database of 165 pulses in both high and low confinement mode, mostly with neutral beam heating, in JET, Joint European Torus, fusion experiment. The results appear reasonable considering the fitted parameter and the approximations in the formula. In addition to the S parameter values, also normalised density gradient dependence on neutral beam heating power and collisionality were investigated, to compare the results with those obtained at ASDEX Upgrade in [1]. Detailed studies of six gas puff modulation shots [2, 3, 4] at JET are used as reference. In [2] the source contribution for the H-mode shots was 50-60% and low confinement mode shots 10-20%. This is further validated in [3] and the high confinement mode shots are compared to similar shots DIII-D fusion experiment in [4], where the source impact on density peaking was negligible. Observed differences are attributed to different dominant turbulent environments. The average calculated level of S parameter values suggest mostly non-negligible source contribution to density peaking, and the values differ for high and low confinement mode plasmas, in line with [2, 3, 4]. However, the results imply that the coefficient 2000 is not constant across the database, and while a scalar correction to fit the coefficient to JET may be possible for low confinement mode plasmas, the high confinement mode plasmas require further research.
  • Hällsten, Susanna (Helsingin yliopisto, 2021)
    Chiral assemblies of metal nanoparticles absorb and/or scatter left and right handed circularly polarized light with different intensities usually from the visible light spectral region. This difference in the absorption called circular dichroism (CD) and closely related anisotropy factor (g-factor), which is the CD spectrum normalized with the overall absorption, describe the optical activity of the chiral assemblies. The aim of this thesis was to study and optimize the different structural parameters affecting the g-factor of a chiral gold nanorod (AuNR) dimer to reach the highest possible value. The structure consisted of two AuNRs bound together with a DNA origami in a crossed fingers conformation. The properties studied were silver as a coating material of the AuNRs, the dimensions of the AuNRs, angle between the long axes of the AuNRs and the interparticle distance. The dimensions comparison was studied with different sized AuNRs, the angle was controlled by changing the DNA strands working as a bridge between the two bundles in the DNA origami and the distance between the AuNRs was controlled by the length of the thiol treated DNA strands used for the AuNR binding to the origami. The experiments showed that the best g-factor was achieved with 33×74 nm sized AuNRs with an angle of approximately 55° and an interparticle distance of 24nm. Optimized assembly made a notable increase in the g-factor from 0.05 to 0.12. This is a highest g-factor recorded in a AuNR dimer structure up to date and thus the assembly could be of great use in the chiral sensing field in the future.
  • Kinnunen, Outi (Helsingin yliopisto, 2021)
    Maa-aineksessa fosfori on sitoutunut alkuaineisiin, joista rauta on merkittävässä osassa. Fosfori voi vapautua vedessä tai pohja-aineksessa liuenneeseen muotoon aiheuttaen rehevöitymistä. Fosforin vapautumiseen vesistössä vaikuttavat maa-aineksen koostumus, veden ominaisuudet ja hiilen saatavuus. Raudan pitoisuudet ja esiintymismuodot selittävät osittain vesistöjen välisiä eroja rehevöitymisessä. Röntgenabsorptiospektroskopialla voidaan tutkia alkuaineen atomien hapetustilaa, koordinaatiolukua, koordinaatiokemiaa ja atomien välisiä etäisyyksiä. Menetelmässä mitataan absorptiokerrointa energian funktiona. Näytteiden analysoinnissa käytetään yleensä vertailukohtana hyvin tunnettuja referenssien spektrejä. Tulokset ovat luotettavimmat, kun referenssien spektrit ovat mitattu samoilla asetuksilla yhdessä näytteiden kanssa. Tässä työssä on tutkittu yhtätoista (11) eri maa-ainesta röntgenabsorptiospektroskopialla raudan K-reunan lähiympäristössä. Maa-aineksista tutkittiin; 1. käsittelemätön, 2. oksalaattiuutettu, 3. poltettu sekä 4. oksalaattiuutettu ja poltettu versio. Oksalaattiuuton ja polton tarkoituksena oli selventää maa-ainesten välillä olevia eroja. Uuttaminen tarkoittaa oksalaattiuuttoa, jossa maa-aineksesta poistuu heikosti kiteistä rautaa. Polttaminen tarkoittaa näytteen kuumentamista 700 asteeseen, jolloin maa-aineksen rautaoksidit hapettuvat ja kiteytyvät. Näytteet, 44 kpl, mitattiin kolmeen kertaan. Eri maa-aineksien ja niiden eri käsittelyiden välillä havaittiin eroja absorptioreunan energiassa, joka on yhteydessä raudan hapetustilaan. Polttaminen teki absorptiospektreistä keskenään lähes samanlaisia ja tasoitti käsittelemättömissä näytteissä olleita eroja. Oksalaattiuuttamisella ei havaittu olevan vastaavaa vaikutusta. Näytteiden rautamineraalien spektripainoista voidaan päätellä näytteiden mineraalikoostumuksia. Jotta raudan merkitystä fosforin kierrossa voidaan tarkentaa, tarvitaan lisää tutkimusta.