Röntgenspektroskoopia labor

Röntgenspektroskoopia laboris kasutame pehme röntgenkiirguse poolt tekitatud protsesse informatsiooni saamiseks aatomite, molekulide, kiledede, tahkiste ja vedelike omadustest. Me uurime

tahkete materjalide, õhukeste kilede, nanoosakeste ja vedelike elektronstruktuuri;
lisanditest tingitud muutusi oksiidkiledes;
molekulide fragmenteerumist ultraviolettkiirguse mõjul;
ioonvedelikke elektronstruktuuri ja nendega toimuvaid elektrokeemilisi protsesse;
pehme röntgenkiirguse tekitatud ergastuste relaksatsiooni ja lagunemisprotsesse.
teoreetilisi meetodeid fotoelektronspektrite modelleerimiseks

Uurimismeetoditena kasutame:

fotoelektronspektroskoopiat;
Auger’ elektronide spektroskoopiat;
röntgenkiirguse emissiooni spektroskoopiat;
lennuaja massispektroskoopiat;
fotoelektronide ja fotoioonide samaaegsuse spektroskoopiat.
arvutuslikke meetodeid (tihedusfunktsionaalide teooria, GW teooria jt)

Nendeks uuringuteks kasutame sünkrotronkiirgust erinevates sünkrotronkeskustes (Lundis, Berliinis, Hamburgis, Pariisis ja mujal).

Koostöös Soome teadusgruppidega osalesime FinEstBeaMS kiirekanali rajamisel Rootsi sünkrotronkiirguse keskusesse MAX IV. Tänaseks toimub FinEstBeaMS kiirekanalil väga oluline osa meie labori eksperimentaalsest tegevusest. Kodulaboris oleme välja arendanud pinnauuringute kompleksi, mille keskseks osaks on fotoelektronspektromeeter Scienta SES-100. Keerulisemate arvutuste tegemiseks kasutame kodumaiseid ja rahvusvahelisi HPC (high-performance computing) ressursse, nagu teadusarvutuste keskuse Rocket klaster.

Koostöös prof. Angela Ivaski grupiga (TÜ molekulaar- ja rakubioloogia instituut) tegeleme ka antimikroobsete pinnakatete uurimise ja arendamisega. Mikroorganismide kiire levik pindade kaudu on oluline nakkuste levikut soodustav tegur. Seoses antibiootikumiresistentsete bakterite levikuga on huvi nakkuste vältimise vastu antimikroobsete pindade abil nii teadlaste kui ettevõtjate hulgas viimastel aastatel hüppeliselt suurenenud.

Pikemalt meie tegemistest antimikroobsete pinnakatete vallas loe Novaatorist: Artikkel

ja kuula Vikerraadio arhiivist: Kuula

Labori töötajad:

Image	Vambola Kisand labori juhataja kaasprofessor E-post: vambola.kisand@ut.ee Kabinet: B214 Publikatsioonid: Google Scholar
Image	Arvo Kikas kaasprofessor E-post: arvo.kikas@ut.ee Kabinet: B211 Publikatsioonid: Google Scholar
Image	Rainer Pärna kaasprofessor E-post: rainer.parna@ut.ee Kabinet: B212 Publikatsioonid: Google Scholar
Image	Tanel Käämbre kaasprofessor E-post: tanel.kaambre@ut.ee Kabinet: B212 Publikatsioonid: Google Scholar
Image	Juhan Matthias Kahk kaasprofessor E-post: matthiaskahk@gmail.com Kabinet: B212 Publikatsioonid: Google Scholar
Image	Arvo Tõnisoo insener E-post: arvo.tonisoo@ut.ee Kabinet: B209 Publikatsioonid: Google Scholar
Image	Ivar Kuusik teadur E-post: ivar.kuusik@ut.ee Kabinet: B209 Publikatsioonid: Google Scholar
Image	Marta Berholts teadur E-post: marta.berholts@ut.ee Kabinet: B208 Publikatsioonid: Google Scholar
Image	Mati Kook doktorant E-post: mati.kook@ut.ee Kabinet: B210 Publikatsioonid: Google Scholar
Image	Dmytro Danilian doktorant Kabinet: B208
Image	Alexandra Nefedova laborant D308

Uurimisteemad üliõpilastele:

RSL labor pakub bakalaureuse ja magistriõppe tudengitele erinevaid lõputöö teemasid

1. Pestitsiidide fotoelektronspektrite ning lagunemise mõõtmine ja analüüs

Erinevate pestitsiidide järjest laialdasem kasutus põllumajanduses tekitab küsimuse, kas ja kuidas need keskkonnas lagunevad. Esimese sammuna uurime pestitsiidide elektronstruktuuri kasutades fotoelektronspektroskoopiat. Samuti uurime erinevate pestitsiidide lagunemist UV ja VUV spektraalpiirkonnas. Tudengil avaneb võimalus sooritada nii erinevaid mõõtmisi kui ka analüüsida erinevate pestitsiidide elektronstruktuuri ja lagunemist.

Juhendaja: Ph.D Rainer Pärna

2. Ioonvedelike ioonpaaride ionisatsioonienergiate arvutus erinevate kvantkeemia meetoditega

Ioonsed vedelikud on suhteliselt uudne aineklass. Nad on sisuliselt soolad, mis koosnevad erinevatest katioonidest ja anioonidest ning paljud neist on toatemperatuuril vedelas olekus. Röntgenspektroskoopia laboris on ioonsete vedelike elektronstruktuuri juba kaua erinevatel viisidel uuritud. Kasutatud on väga laialdasi eksperimentaalseid uurimismeetodeid nagu Fourier infrapuna spektroskoopiat, fotoelektronspektroskoopiat, Auger elektronide spektroskoopiat, ioonide lennuaja spektroskoopiat jm. Samuti on uuritud ioonsete vedelike omadusi arvutuslikult. Näiteks kasutades HF, MP2, DFT, TD-DFT jms meetodeid. Mõõtes ioonvedelike koostisosi gaasfaasis on võimalik kindlaks teha nende ionisatsioonienergia. Sama parameetrit saab ka kvantkeemia vahenditega arvutada ning seda olekski tarvis teha. Lisaks saab arvutuslikult kindlaks teha millisest molekuli osast elektron pärineb. Võimekamad uurijad suudavad ehk ka anda hinnanguid, mis saab molekulist peale elektroni eemaldamist.
Käesoleva projekti eesmark on erinevate arvutusmeetoditega erinevate ioonsete vedelike ionisatsioonienergia läbirehkendamine ja tulemuste analüüs.

Juhendaja Ph.D Ivar Kuusik

3. Ioonvedelike kuivatamine kõrgvaakumis ning termostabiilsuse uuringud

Ioonsete vedelike puhtuse ja veesisalduse probleem on nende omaduste ja rakenduste seisukohast väga oluline probleem. Näiteks halvendab juba väikegi veesisaldus ioonsete vedelike elektrokeemilisi omadusi märgatavalt. Tarvis oleks lisaks uurida ka pikaajalise (päevades) termostabiilsuse küsimust erinevate ioonsete vedelike korral. Pakutavas uurimustöös saabki tudeng viia erinevaid ioonseid vedelikke kõrgvaakumisse ning uurida veesisalduse muutust ajas ning peale pikaajalist kuivatamist ja kuumutamist uurida erinevate meetoditega (XPS, infrapuna, mass-spektromeetria) võimalikke lagunemisi ja teisi muutusi ioonsete vedelike koostises.

Valik teadustöid

Core Electron Binding Energies in Solids from Periodic All-Electron Δ-Self-Consistent-Field Calculations
J. Matthias Kahk, Georg S. Michelitsch, Reinhard J. Maurer, Karsten Reuter, and Johannes Lischner
J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12, 38, 9353–9359

Accurate absolute core-electron binding energies of molecules, solids, and surfaces from first-principles calculations
J. Matthias Kahk and Johannes Lischner
Phys. Rev. Materials 3, 100801(R)

Layer-resolved many-electron interactions in delafossite PdCoO2 from standing-wave photoemission spectroscopy
Lu, Q., Martins, H., Kahk, J.M., Rimal, G., Oh, S., Vishik, I., Brahlek, M., Chueh, W.C., Lischner, J. and Nemsak, S.
Communications Physics 4, no. 1 (2021): 1-8

Ionic Liquid Vapors in Vacuum: Possibility to Derive Anodic Stabilities from DFT and UPS
Kuusik, I., Kook, M., Pärna, R., Kisand, V.
ACS Omega, 2021

Frontier orbitals and quasiparticle energy levels in ionic liquids
Kahk, J.M., Kuusik, I., Kisand, V., Lovelock, K.R.J., Lischner, J.
npj Computational Materials, 2020, 6(1), 148

Selective antibiofilm properties and biocompatibility of nano-ZnO and nano-ZnO/Ag coated surfaces
Rosenberg, M., Visnapuu, M., Vija, H., ...Kahru, A., Ivask, A.
Scientific Reports, 2020, 10(1), 13478

UVA-induced antimicrobial activity of ZnO/Ag nanocomposite covered surfaces
Visnapuu, M., Rosenberg, M., Truska, E., ...Kisand, V., Ivask, A.
Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2018, 169, pp. 222–232

UPS and DFT investigation of the electronic structure of gas-phase trimesic acid
Reisberg, L., Pärna, R., Kikas, A., ...Valden, M., Nõmmiste, E.
Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 2016, 213, pp. 11–16

Co doped ZnO nanowires as visible light photocatalysts
Šutka, A., Käämbre, T., Pärna, R., ...Joost, U., Kisand, V.
Solid State Sciences, 2016, 56, pp. 54–62

Photocatalytic antibacterial activity of nano-TiO2 (anatase)-based thin films: Effects on Escherichia coli cells and fatty acids
Joost, U., Juganson, K., Visnapuu, M., ...Kisand, V., Ivask, A.
Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 2015, 142, pp. 178–185

Size-dependent toxicity of silver nanoparticles to bacteria, yeast, algae, crustaceans and mammalian cells in vitro
Ivask, A., Kurvet, I., Kasemets, K., ...Kisand, V., Kahru, A.
PLoS ONE, 2014, 9(7), e102108

Effect of cobalt doping and annealing on properties of titania thin films prepared by sol-gel process
Pärna, R., Joost, U., Nõmmiste, E., ...Kink, I., Kisand, V.
Applied Surface Science, 2011, 257(15), pp. 6897–6907

Resonant inelastic x-ray scattering and UV-VUV luminescence at the Be 1s edge in BeO
Kikas, A., Käämbre, T., Kooser, K., Pustovarov, V., Martinson, I.
Journal of Physics Condensed Matter, 2010, 22(37), 375505

Fragmentation and electronic decay of vacuum-ultraviolet-excited resonant states of molecular CsCl
Kisand, V., Kukk, E., Huttula, M., ...Nõmmiste, E., Aksela, S.
Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, 2003, 36(19), pp. 3909–3921

Collapse of vibrational structure in the auger resonant raman spectrum of CO by frequency detuning
Sundin, S., mukhanov, F.K.G., Ågren, H., ...Ausmees, A., Svensson, S.
Physical Review Letters, 1997, 79(8), pp. 1451–1454

Autoionization phenomena involving the 2p53d configuration of argonlike ions in ionic solids
Elango, M., Ausmees, A., Kikas, A., ...Nyholm, R., Martinson, I.
Physical Review B, 1993, 47(18), pp. 11736–11748

The quantum yield spectra of electron emission of solids in XUV region
Elango, M., Kikas, A., Nǒmmiste, E., Pruulmann, J., Saar, A.
physica status solidi (b), 1982, 114(2), pp. 487–493

Labori ajaloost

RSLi labori lõi Mart Elango (1936-1996). Peale RSL asutaja Mardi tervise halvenemist võttis labori juhatamise enda peale Arvo Kikas. Alates 1999 oli labori teaduslik ja vaimne juht professor akadeemik Ergo Nõmmiste, kes lahkus meie seast 2019.

Tänu Eesti päritolu Rootsi füüsikule Indrek Martinsonile avanes aastal 1989 RSLi labori töötajatel ligipääs Rootsi sünktronkiirguse keskusesse MAX-lab. See pikaajaline koostöö kulmineerus Eesti-Soome FinEstBeAMS kiirekanali rajamisega aastal 2019.

Mart Elango

Ergo Nõmmiste

Projektid RSL töötajate osalusel:

PLTFYARENG53 "Antimikroobsete reaalelu oludes testitud pinnakatete arendamine katsetootmise faasi" (18.02.2021−31.12.2021)

TT13 "Nanomaterjalide tehnoloogiate ja uuringute keskus (NAMUR+)" (1.01.2021−31.12.2024)

SLTKT16141T (TK141) "Uudsed materjalid ja kõrgtehnoloogilised seadmed energia salvestamise ja muundamise süsteemidele (TK141)" (1.01.2016−1.03.2023)

COVSG2 "Universaalne töötlusmeetod viirusvastase toime saavutamiseks raskesti puhastatavatel pindadel" (1.11.2020−31.12.2021)

EAG20 "Uudsed mikroobidevastased pinnakatted" (1.01.2020−30.06.2021)

MOBTP145 "Valitud pestitsiidide UV ja VUV fragmentatsioon" (1.12.2019−30.11.2021)

MOBTP1013 "Iodeeritud nitroimidasoolide fotofragmentatsioon: paremate raadiosensibilisaatorite otsing" (1.12.2021−30.11.2023)

T20 "Uute uurimisteenuste ja vajaliku taristu arendamine MAX IV sünkrotronkiirgusallikal (MAX-TEENUS)" (1.01.2021−31.12.2024)

SLTFY20430T (2014-2020.4.01.20-0278) "Uute uurimisteenuste ja vajaliku taristu arendamine MAX IV sünkrotronkiirgusallikal " (1.08.2020−31.07.2023)

Image	Fotoelektronspektroskoopia eksperimendikompleks Scienta SES-100 elektronspektromeeter Monokromatiseerimata Thermo XR3E2 kaheanoodiline röntgentoru Al anood (footoni energia 1486.6 eV) ja Mg anood (footoni energia 1253.6 eV)
Image	Nanoosakeste suuruse mõõtja Mudel: Malvern Zetasizer Nano ZSP Nanoosakete suuruse mõõtmine vedelikus DLS meetodil Mõõdetavate osakeste suurus: 1 nm kuni 10 µm Nanoosakeste zeta-potentsiaali mõõtmine Meetod eeldab sfäärilisi osakesi
Image	Infrapuna FTIR spektromeeter Vertex 70 Tootja: Bruker Tööpiirkond: 10 000 …. 50 1/cm ATR ja läbiva kiirguse mood Vedela lämmastikuga jahutatav MCT (Mercury-Cadmium-Telluride) detektor
Image	UV-VIS-NIR spektomeeter Cary 5000 Tootja: Agilent _{UV/VIS spektraalpiirkond 190-900 nm} _{NIR spektraalpiirkond 760-3000 nm} _{Valgusallikaks deuteeriumlamp ( 185 – 350 nm) ja halogeenlamp ( 350 – 3300 nm)} _{UV/VIS piirkonnas detektoriks fotoelektronkordisti} _{NIR piirkonnas kasutamiseks termoelektriliselt jahutatav PbS detektor} _{Diffuusse peegeldumise lisaseade (250-2500 nm)}
Image	Kliimakapp Memmert CTC 256 Ruumala 256 liitrit Temperatuur -40 °C kuni +180 °C Suhteline õhuniiskus 10 % kuni 100 %