Aminobentsoehappojen fotoionisaatio- ja hajoamisprosessien laskennallinen mallinnus

Tässä fysiikan alan väitöskirjatyössä tutkittiin aminobentsoehappojen hajoamisprosesseja ja spektroskooppisia ominaisuuksia laskennallisen fysiikan menetelmin. Spektroskopia on fysiikan ala joka tutkii aineen ja valon vuorovaikutusta. Aineen todellisen luonteen tutkiminen on haastavaa, sillä molekyylit ja atomit (ja varsinkin niiden osatekijät) ovat aivan liian pieniä ollakseen suoraan silmillä havaittavissa. Aineen ominaisuuksia voidaan kuitenkin tutkia epäsuorasti spektroskooppisin menetelmin. Tarpeeksi korkeaenerginen säteily, kuten ultravioletti- ja röntgensäteily voivat ionisoida materiaa, eli irrottaa siitä elektroneja fotonien absorption kautta. Ionisaatiosta aiheutuvia prosesseja tarkkailemalla voimme tutkia aineen rakennetta ja kemiallisia ominaisuuksia.

Tässä väitöskirjassa aminobentosehapon kolmea eri isomeeriä tutkittiin synkrotronivalolähteestä saatavalla ionisoivalla säteilyllä. Matalaenergisempää ultraviolettisäteilyä (~10 eV fotonienergia) käytettiin valenssielektronien ionisoimiseen, ja röntgensäteilyä (~300 eV fotonienergia) ydinelektronien ionisoimiseen. Kokeelliset mittaukset osoittivat eri isomeerien välillä olevan mielenkiintoisia eroavaisuuksia elektronirakenteessa ja hajoamistuotteissa. Spektroskopiset mittaustulokset ovat kuitenkin hyvin monimutkaisia ja niiden tulkinta on todella vaikeaa, usein jopa mahdotonta, ilman systeemin teoreettista mallinnusta. Atomi- ja molekyylitasolla fysiikan hallitseva teoria on kvanttimekaniikka. Kvanttikemialliset laskut ovat kuitenkin todella työläitä ja käytännössä ne toteutetaan supertietokoneille suunnitelluilla tehokkailla laskentaohjelmistoilla. Tässä työssä käytettiin laajasti erilaisia laskennallisia kvanttikemiallaisia menetelmiä tutkittavan systeemin kartoittamiseen. Kvanttikemiallisen laskujen avulla kokeelliset havainnot pystyttiin tulkitsemaan ja isomeerien väliset dynaamiset erot voitiin selittää.