Minna Patanen

Minna Patanen

PhD

Academy Research Fellow
Synchrotron radiation excited spectroscopies

Yhteensä 57 vertaisarvioitua julkaisua kansainvälisissä lehdissä. The publications have been cited 491 times, of which the most cited publication accounts for 49 citations. Julkaisujen h-indeksi on 12.00. (Thomson Reuters Web of Science)

Biografia

Valmistuin Oulun yliopistosta filosofian tohtoriksi v. 2010 pääaineenani fysiikka. Väitöskirjani otsikko oli “Electron spectroscopic studies of the electronic structure of some metal atoms and alkali halide molecules”. Väitöksen jälkeen työskentelin viitisen vuotta SOLEIL synkrotronisäteilylähteellä Ranskassa kaasufaasissa olevien pienten klustereiden ja nanohiukkasten spektroskopin parissa. Tällä hetkellä toimin NANOMOssa akatemiatutkijana, aiheenani on "Vapaasti leijuvien nanomateriaalien karakterisointi uudenaikaisia säteilylähteitä käyttäen".

Tutkimusaiheet

  • Synkrotronisäteily
  • Atomit
  • Molekyylit
  • Klusterit
  • Nanohiukkaset
  • Elektronispektroskopia
  • Ionispektroskopia
  • Pehmeän röntgenalueen spectromikroskopia

Atomi- ja molekyylifysiikka

Väitöskirjani käsitteli kaasumaisessa olomuodossa, siis yksittäisinä atomeina ja molekyyleinä olevien metalliatomien ja alkalihalidimolekyylien elektroni- ja Auger-spektroskopiaa. Aloitin tutkimuksen laskennallisen spektroskopian parissa, mutta siirryin hiljalleen enemmän kokeelliselle puolelle. Ihan kuten teinivuosien musiikki kuulostaa aina parhaimmalta, usein myös tutkijoiden lempilapseksi jää jo väitöskirjatyössä tutuksi tullut aihe, vaikka he siirtyisivätkin muiden asioiden pariin. Niinpä minustakaan mikään ei ole parempaa kuin oikein korkearesoluutioinen molekyylin elektronispektri ja tietysti siihen sopiva laskennallinen tulkinta. Onnekseni yhteistyökuvioiden kautta voin edelleen olla jokseenkin aktiivinen atomien ja molekyylien tutkimuksen parissa. 

Klusterit ja nanopartikkelit

Samoja kokeellisia tekniikoita kuin atomien ja molekyylien elektronispektroskopiassakin voidaan käyttää klusterien ja nanopartikkelien tutkimiseen. Suomen akatemian rahoittama akatemiatutkijan projektini päätarkoituksena onkin hyödyntää pehmeän röntgenalueen elektronispektroskopiaa ja saamaan uutta tietoa nanomittakaavan hiukkasten fysikaalis-kemiallisista ja rakenteellisista ominaisuuksista. Tutkimuksessa käytetään uudenaikaisia valonlähteitä kuten synkrotroneja ja vapaaelektronilasereita, jotka pystyvät mittaamaan näiden erittäin pienien hiukkasten pintaominaisuuksia. Esimerkiksi katalyysissa ja sen teollisissa sovelluksissa pintakemia on hyvin oleellisessa osassa, ja nanohiukkasissa pintaa on huomattavasti enemmän tavalliseen jatkuvaan aineeseen verrattuna. Nanomateriaaleilla on myös ainutlaatuisia muita pintaominaisuuksia, joita voidaan hyödyntää esimerkiksi energiateknologioissa. Nanokoon hiukkasia ei tuoteta vain teollisesti, vaan joka päivä kohtaamme luonnosta tulevia nanohiukkasia. Esimerkiksi merestä nousevien suolaklusterien on todettu näyttelevän merkittävää roolia ilmaston kehittymisessä ja ilmakehän kemiallisissa prosesseissa.

Biomateriaalit

Vastikään olen hyödyntänyt synkrotronisäteilyä useissa biomateriaalitutkimuksissa, kuten kuitu- ja partikkelitekniikan tutkimusyksikön nanohybridikalvojen karakterisoinnissa, Suomen luonnonvarakeskuksen tutkijoiden kanssa kuusen solujen analysoinnissa ja PEDEGO-tutkimusyksikön ja Biocenter Oulun tutkijoiden kanssa kudosnäytteiden tutkimuksessa. Kudosnäytteiden tutkimus tällä menetelmällä valittiin yhdeksi Biocenter Oulun "Emerging projects"-projektiksi, ja siitä voi lukea lisää täällä: http://www.oulu.fi/biocenter/projects/emerging/patanen

Yhteinen tekijä kaikille näille biomateriaalien tutkimuksille on käytetty mentelmä, pehmeän röntgenalueen spektromikroskopia (scanning transmission soft x-ray microscopy, STXM). Menetelmä on suhteellisen uusi ja etenkin kudosnäytteitä sillä ei ole juuri tutkittu. Menetelmä perustuu synkrotronisäteilyn aikaansaamaan atomien resonanssiviritykseen, jossa jokin sisäkuoren atomi absorboi ("imaisee itseensä") röntgensäteilyn kvantin, eli fotonin, ja siirtyy alemmalta energiatilalta korkeammalle energiatilalle. Kun valaisemme näytettä synkrotronisäteilyllä erilaisilla energioilla ja mittaamme läpimenneen säteilyn voimakkuutta, saamme selville, millä energioilla näytteen atomit absorboivat voimakkaasti säteilyä. Resonanssiviritykseen vaadittava energia (ja siten koko absorptioprosessi) riippuu atomin kemiallisesta ympäristöstä, joten saamme selville, millaisia funktionaalisia ryhmiä näytteen molekyyleissä on. Säteilykeila on hyvin pieni, joten kun näytettä liikutetaan kymmenen nanometrin kokoluokan askelein säteilykeilan edessä, saamme tietoa näytteen kemiallisesta rakenteesta alle 50 nanometrin tarkkuudella (0,000000050 m).

Yhteiskunnalliset ja professionaaliset toimet

  • Suomen fyysikkoseuran hallituksen jäsen 2017-

Tutkimusryhmät

  • Nano- ja molekyylisysteemien tutkimusyksikkö

Valikoidut julkaisut

  • Ouf, F.-X.; Parent, P.; Laffon, C.; Marhaba, I.; Ferry, D.; Marcillaud, B.; Antonsson, E.; Benkoula, S.; Liu, X.-J.; Nicolas, C.; Robert, E.; Patanen, M.; Barreda, F.-A.; Sublemontier, O.; Coppalle, A.; Yon, J.; Miserque, F.; Mostefaoui, T.; Regier, T. Z.; Mitchell, J.-B. A. (2016) First in-flight synchrotron X-ray absorption and photoemission study of carbon soot nanoparticles. - Scientific Reports 6, 36495 . [Original]
  • Knie, A.; Patanen, M.; Hans, A.; Petrov, I. D.; Bozek, J. D.; Ehresmann, A.; Demekhin, Ph. V. (2016) Angle-Resolved Auger Spectroscopy as a Sensitive Access to Vibronic Coupling. - Physical review letters 116 (19), 193002 . [Original]
  • Liu, Xiao-Jing; Nicolas, Christophe; Patanen, Minna; Miron, Catalin (2017) Disentangling Auger decays in O2 by photoelectron-ion coincidences. - Scientific Reports 7, 2898 . [Original] [Self-archived]
  • Boll, Rebecca; Erk, Benjamin; Coffee, Ryan; Trippel, Sebastian; Kierspel, Thomas; Bomme, Cédric; Bozek, John D.; Burkett, Mitchell; Carron, Sebastian; Ferguson, Ken R.; Foucar, Lutz; Küpper, Jochen; Marchenko, Tatiana; Miron, Catalin; Patanen, Minna; Osipov, Timur; Schorb, Sebastian; Simon, Marc; Swiggers, Michelle; Techert, Simone; (2016) Charge transfer in dissociating iodomethane and fluoromethane molecules ionized by intense femtosecond X-ray pulses. - Structural Dynamics 3 (4), 043207, 043207 . [Original] [Self-archived]
  • Patanen, Minna (2010) Electron spectroscopic studies of the electronic structure of some metal atoms and alkali halide molecules. - Report series in physical sciences 65. Oulu. Artikkeliväitöskirja. viii, 52, [69]
  • Inhester, Ludger; Oostenrijk, Bart; Patanen, Minna; Kokkonen, Esko; Southworth, Stephen H.; Bostedt, Christo H.; Travnikova, Oksana; Marchenko, Tatiana; Son, Sang-Kil; Santra, Robin; Simon, Marc; Young, Linda; Sorensen, Stacey L. (2018) Chemical Understanding of the Limited Site-Specificity in Molecular Inner-Shell Photofragmentation. - Journal of Physical Chemistry Letters 9 (5), 1156-1163 . [Original] [Self-archived]
  • Powis, Ivan; Patanen, Minna; Antonsson, Egill; Nicolas, Christophe; Miron, Catalin; Holland, David M. P. (2017) Vibration-dependent photoelectron angular distributions and branching ratios observed across the Cooper-minimum region of bromobenzene. - Physical review A 96 (1), 013413 .
  • Hautala, Lauri; Jänkälä, Kari; Mikkelä, Mikko-Heikki; Turunen, Paavo; Prisle, Nonne L.; Patanen, Minna; Tchaplyguine, Maxim; Huttula, Marko (2017) Probing RbBr solvation in freestanding sub-2 nm water clusters. - Physical Chemistry Chemical Physics 19 (36), 25158-25167 . [Original] [Self-archived]
  • Trofimov, A. B.; Powis, I.; Menzies, R. C.; Holland, D. M. P.; Antonsson, E.; Patanen, M.; Nicolas, C.; Miron, C.; Skitnevskaya, A. D.; Gromov, E. V.; Köppel, H. (2018) An experimental and theoretical study of the photoelectron spectra of cis-dichloroethene: Valence shell vertical ionization and vibronic coupling in the low-lying cationic states. - Journal of Chemical Physics 149 (7), 074306 . [Original] [Self-archived]
  • Powis, I.; Menzies, R. C.; Holland, D. M. P.; Trofimov, A. B.; Skitnevskaya, A. D.; Gromov, E. V.; Antonsson, E.; Patanen, M.; Nicolas, C.; Miron, C. (2018) Photoionization dynamics of cis-dichloroethene from investigation of vibrationally resolved photoelectron spectra and angular distributions. - Journal of Chemical Physics 149 (7), 074305 . [Original] [Self-archived]
  • Papagiannouli, Irene; Patanen, Minna; Blanchet, Valérie; Bozek, John D.; Villa, Manuel de Anda; Huttula, Marko; Kokkonen, Esko; Lamour, Emily; Mevel, Eric; Pelimanni, Eetu; Scalabre, Antoine; Trassinelli, Martino; Bassani, Dario M.; Lévy, Anna; Gaudin, Jérôme (2018) Depth Profiling of the Chemical Composition of Free-Standing Carbon Dots Using X-ray Photoelectron Spectroscopy. - Journal of Physical Chemistry C 122 (26), 14889-14897 . [Original] [Self-archived]
  • Huttula, Marko; Patanen, Minna; Piispanen, Riikka; Ohigashi, Takuji; Kosugi, Nobuhiro; Swaraj, Sufal; Belkhou, Rachid; Pranovich, Andrey; Jyske, Tuula; Kilpelainen, Petri; Karkonen, Anna; Korpinen, Risto; Laakso, Tapio; Valkonen, Sauli; Saranpaa, Pekka (2018) STXM Chemical Mapping of Norway Spruce Knotwood Lignans. - Microscopy and microanalysis 24 (S2), 482-483 . [Original]
  • Song, Shan; Ding, Bocheng; Xu, Weiqing; Nicolas, Christophe; Patanen, Minna; Nandi, Saikat; Bozek, John; Miron, Catalin; Xiao, Zhisong; Liu, Xiao-Jing (2019) Sequential electron emission and nuclear dissociation after the O 1s→(Σu−4)4pσ excitation in O2 molecules. - Physical review A 99 (2), 022511 . [Original] [Self-archived]
  • Ismail, Mostafa Y.; Patanen, Minna; Sirviö, Juho Antti; Visanko, Miikka; Ohigashi, Takuji; Kosugi, Nobuhiro; Huttula, Marko: Liimatainen, Henrikki (2019) Hybrid films of cellulose nanofibrils, chitosan and nanosilica—Structural, thermal, optical, and mechanical properties. - Carbohydrate polymers Volume 218 (Carbohydrate Polymers), 87-94 . [Original] [Self-archived]