Quantum confined electronic states in atomically well-defined graphene nanostructures

Despite the enormous interest in the properties of graphene and the potential of graphene nanostructures in electronic applications, the study of quantum confined states in atomically well-defined graphene nanostructures remains an experimental challenge. Here, we study graphene quantum dots (GQDs) with well-defined edges in the zigzag direction, grown by chemical vapor deposition (CVD) on an iridium(111) substrate, by low-temperature scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS). We measure the atomic structure and local density of states (LDOS) of individual GQDs as a function of their size and shape in the range from a couple of nanometers up to ca. 20 nm. The results can be quantitatively modeled by a relativistic wave equation and atomistic tight-binding calculations. The observed states are analogous to the solutions of the text book "particle-in-a-box" problem applied to relativistic massless fermions.Comment: accepted for publication in Phys. Rev. Let

Kemiallisesti muokattu grafeeni ja grafeeninanorakenteet

After its experimental discovery in 2004, graphene has been the topic of intense research. Its extraordinary linear dispersion relation in the vicinity of the Fermi surface allows the study of relativistic quantum mechanics in a condensed-matter context. The gapless spectrum is beneficial in, for instance, optical applications as the optical absorption is nearly constant in the visible spectrum. In transistor applications, however, the absence of a gap leads to poor on-off ratios. Thus, inducing a gap is of interest for applications, and both quantum confinement as well as chemical modification can be used to achieve this goal. In this thesis, the electronic properties of modified graphene systems are studied using density-functional theory and lattice models. Additionally, a novel lattice density-functional theory approach is introduced. The chemical modification of graphene using chlorine and hydrogen is addressed considering also its chemical environment, a silicon dioxide substrate and a gaseous atmosphere treated using ab initio thermodynamics. Electronic states in finite metal-deposited graphene nanostructures with gaps induced by quantum confinement are studied together with experimental measurements. Finally, the prospect of superconductivity in rhombohedral graphite is addressed by studying flat bands in rhombohedral graphene multilayers. The results add to the understanding of the electronic properties of graphene in complex environments. We clarify the effect of the substrate in hydrogen adsorption on graphene and provide a suggestion to prepare graphene nanoribbons using chlorine to unzip carbon nanotubes. We aid in the interpretation of recent scanning tunneling microscopy experiments on metal-deposited finite graphene nanostructures, as well as provide reference data for the detection of end states in graphene ribbons. Grafeeni, tasomainen hunajakennomaisesti järjestäytyneistä hiiliatomeista muodostuva rakenne, on lupaava materiaali muun muassa optisiin sovellutuksiin. Tämä johtuu grafeenin vyörakenteesta, joka fermipinnan läheisyydessä muodostuu lineaarisista toisensa risteävistä energiavöistä. Täten grafeenin varauksenkuljettajat muistuttavat tietyiltä ominaisuuksiltaan relativistisia hiukkasia, mikä on poikkeuksellista kiinteän aineen fysiikassa. Energia-aukko valenssi- ja johtavuusvöiden välillä on kuitenkin toivottava joissain sovellutuksissa, esimerkiksi se mahdollistaisi voimakkaamman signaalin grafeenitransistorin tilojen välillä. Energia-aukko voidaan saada aikaan sekä liittämällä grafeeniin muita kemiallisia ryhmiä, että grafeenirakenteen dimensioita pienentämällä. Tässä väitöskirjassa tutkitaan kemiallisesti muokattujen ja äärellisten grafeenirakenteiden ominaisuuksia käyttäen tiheysfunktionaaliteoriaa ja hilamalleja, sekä esitellään grafeenin kuvaamiseen soveltuva nämä menetelmät yhdistävä hilatiheysfunktionaaliteoriamalli. Grafeenin sähköisten ominaisuuksien muokkaamista vedyn ja kloorin avulla tutkitaan huomioiden grafeenin kemiallinen ympäristö: piidioksidipinta sekä kaasuatmosfääri. Metallipinnoille syntetisoitujen grafeenihiutaleiden energiatiloja mallinnetaan yhteistyössä kokeellisten ryhmien kanssa. Lisäksi tarkastellaan suprajohtavuutta rhombohedrisesti järjestäytyneissä grafeenin monikerrosrakenteissa. Tutkimustyössä selvitettiin substraatin merkitys vedyn kiinnittymisessä grafeenin pinnalle. Lisäksi ehdotettiin menetelmää, jolla grafeeninauhoja voitaisiin valmistaa käyttämällä klooria hiilinanoputkia avaavana reagenssina. Työssä myös selitettiin teoreettisesti grafeeninanorakenteiden pyyhkäisytunnelointimikroskopiamittauksia. Samalla ennustettiin tunnusmerkkejä, joilla grafeenin reunalla olevaa vedyn määrää voidaan mahdollisesti tunnistaa pyyhkäisytunnelointimikroskopiamittausdatan perusteella.

Grafeenin nanorakenteiden elektronitilojen ja kuljetusominaisuuksien mallinnus

Graphene is a versatile material suggested for nanoelectronics applications. The purpose of this thesis is to provide deeper understanding in the properties of the possible circuit elements and the effect of interactions. The energetics of graphene nanoflakes were studied within the Hubbard model using both exact diagonalization and approximate methods for solving the ground state. To improve the treatment of the interactions, maintaining the computational cost low at the same time, a lattice density functional theory method was developed for the flakes. The densities of states and charge densities were calculated for arbitrarily-shaped large graphene structures within the tight-binding picture. Localized single-electron states due to structural confinement were found. The conductance of one-dimensional nanostructures, consisting of a few-site gated nanodot weakly coupled to the leads, was studied using within linear response using the Kubo formula. Analytical expressions for the conductance due to external bias voltage were derived and using them resonance structure in the conductance were located. The results were confirmed using another method, based on magnetic flux-induced persistent currents in a ring-shaped structure. Also quasi-one-dimensional structures resembling narrow graphene nanoribbons were studied using the second method. The effect of interactions was also studied and splitting of the resonances was observed. This effect was explained in terms of an energetic competition between the Hubbard repulsion and the gate voltage applied on the dot.Tässä diplomityössä tutkitaan grafeenin nanorakenteiden elektronisia- ja kuljetusominaisuuksia. Grafeenihiutaleita mallinnettiin Hubbardin hamiltonilaisella. Hiutaleiden perustua määritettiin sekä täydellä diagonalisoinnilla, että likimääräisesti keskeiskenttäapproksimaatiolla, perturhaatioteorialla ja myös rajoittamalla kantaa, jossa diagonalisointi suoritettiin. Vuorovaikutusten johdosta tarkka ratkaisu on laskennallisesti raskas, kun taas laskennallisesti nopealla keskeiskenttäapproksimaatiolla saadut tulokset poikkeavat tarkasta ratkaisusta. Jotta vuorovaikutukset voitaisiin huomioida paremmin pitäen samalla laskenta-aika kohtuullisena, hiutaleille muotoiltin hilatiheysfunktionaaliteoria, joka paransi hiutaleiden kuvausta vuorovaikutuksen ollessa kohtalaisen heikko. Suurista grafeenisysteemeistä laskettiin tilatiheys sekä yhden elektronin tilojen varaustiheyksiä hyödyntäen harvojen matriisien laskentamenetelmiä. Laskut suoritettiin tiukan sidoksen menetelmällä ilman vuorovaikutusten huomioimista. Kvanttipisteestä ja siihen heikosti kytketyistä johteista koostuvan systeemin johtavuutta tutkittiin Kubon kaavan avulla ilman vuorovaikutuksia. Kvanttipisteelle asetettiin ulkoinen potentiaali ja johtavuuspiikkejä havaittiin kvanttipisteen ominaisenergioita vastaavilla ulkoisen potentiaalin voimakkuuksilla. Vastaavia vuorovaikuttavia systeemejä tutkittiin tarkastelemalla virtaa rengasmaisissa rakenteissa. Ilman vuorovaikutusta menetelmät tuottivat yhteneviä tuloksia ja vuorovaikuttavassa systeemissä diagonalisointia verrattiin keskeiskenttämenetelmään. Resonanssipiikkien havaittu kahtiajakautuminen selittiin systeemin energiatermien välisellä kilpailulla

Markkinointisuunnitelma ja brändin vahvistaminen Yritys X:lle

Opinnäytetyön tarkoituksena oli luoda markkinointisuunnitelma ja vahvistaa toimeksiantajani, Yritys X:n, brändiä. Tavoitteena on uudistaa aiempaa markkinointia ottaen uusia markkinoinnin keinoja käyttöön, sekä tasapainottaa B2C- ja B2B-markkinointia, minkä myötä vahvistetaan yrityksen brändiä. Opinnäytetyö on toiminnallinen. Tietoperustana on käytetty markkinoinnin, markkinointiviestinnän ja brändäyksen kirjallisuutta vuodelta 2000-2018. Kirjallisuuden lisäksi käytin verkkolähteitä. Tiedonkeruuna olen käyttänyt kvalitatiivista menetelmää. Haastattelin Yritys X:n henkilöstöä toimialan, tilanne- ja asiakassegmentoinnin analysointia varten. Tiedon kerääminen opinnäytetyötä varten on aloitettu helmikuussa 2018 ja markkinointisuunnitelman laatiminen lokakuussa 2018. Teoria koostuu markkinointisuunnitelman laatimisesta sekä brändäyksestä. Markkinointisuunnitelman teoriassa käydään läpi markkinointianalyyseja, segmentointia, markkinointistrategiaa, sekä teoriaa markkinointisuunnitelman budjetoinnista ja seurannasta. Brändäyksen teoriassa käydään läpi brändianalyyseja, brändin rakentamista ja strategiaa. Opinnäytetyön lopussa on yhteenveto ja arviointi työstä Liitteenä ovat vuosikello, haastattelujen kysymykset sekä vanhojen että uusien verkkosivujen kuvat. Tämä opinnäytetyö toimii Yritys X:n markkinoinnin pohjana ja vuoden 2019 markkinointisuunnitelmana, sekä auttaa yritystä vahvistamaan brändiään

Tehokas varhainen sekundaaripreventio aivoinfarktin ja ohimenevän aivoveren-kiertohäiriön jälkeen

Teema : aivoinfarkti. English summaryPeer reviewe

Climate Resilience of Waterbody Restoration Projects : Final Report of the Study

Ilmastonmuutos on yksi suurista globaaleista haasteista, jonka vaikutukset ulottuvat laajasti niin ympäristöön kuin ihmisiin. Vaikutukset ovat moninaisia ja edellyttävät kokonaisvaltaista lähestymistapaa sekä yhteistyötä eri toimijoiden välillä. Myös vesiensuojelussa ja vesistökunnostushankkeissa on tärkeää ottaa huomioon ilmastokestävyys, sillä pitkällä aikavälillä se edistää vesien tilan parantumista sekä auttaa sopeutumaan ja hillitsemään ilmastonmuutoksen vaikutuksia. Tässä selvityksessä tarkasteltiin vesistökunnostushankkeiden ilmastokestävyyttä kyselytutkimuksen avulla. Tavoitteina oli arvioida, kuinka hankkeissa on otettu huomioon ilmastonäkökulmia sekä selvittää, mitä kehitystarpeita hankehauissa on ja millaista lisätietoa aiheeseen liittyen kaivataan. Selvityksen perusteella ilmastonäkökulmia on jo osin otettu huomioon hankkeissa ja aiheeseen suhtaudutaan positiivisesti sekä kiinnostuksella. Useissa hankkeissa ilmastonmuutoksen hillintää ja sopeutumista on pyritty huomioimaan ja tietoa aiheesta löytyy. Vastausten perusteella lisätiedolle ja ohjeistukselle ilmastonmuutoksen huomioimisesta sekä toimenpiteistä ja niiden ilmastovaikutuksista silti kaivataan. Selvityksen ja kirjallisuuden perehtymisen avulla toteutettiinkin ohjeistusta siitä, miten ilmastonäkökulmia voi hankkeissa huomioida. Lisätutkimus aiheesta etenkin toimenpiteiden vaikutuksesta päästöihin sekä hiilen sitoutumiseen ja vapautumiseen liittyen on kuitenkin tarpeen. Oleellista olisi edistää kokonaisvaltaista vesienhallintaa ja -suunnittelua, joka huomioisi sekä vesiensuojelun että ilmastonmuutoksen hillinnän ja sopeutumisen tarpeet

Many-body transitions in a single molecule visualized by scanning tunnelling microscopy

Many-body effects arise from the collective behaviour of large numbers of interacting particles, for example, electrons, and the properties of such a system cannot be understood considering only single or non-interacting particles1–5. Despite the generality of the many-body picture, there are only a few examples of experimentally observing such effects in molecular systems6–8. Measurements of the local density of states of single molecules by scanning tunnelling spectroscopy is usually interpreted in terms of single-particle molecular orbitals9–11. Here, we show that the simple single-particle picture fails qualitatively to account for the resonances in the tunnelling spectra of different charge states of cobalt phthalocyanine molecules. Instead, these resonances can be understood as a series of many-body excitations of the different ground states of the molecule. Our theoretical approach opens an accessible route beyond the single-particle picture in quantifying many-body states in molecules