Studies of electronic structure by x-ray Raman and emission spectroscopy: applications to MgB2 superconductors and high pressure physics

X-ray Raman scattering and x-ray emission spectroscopies were used to study the electronic properties and phase transitions in several condensed matter systems. The experimental work, carried out at the European Synchrotron Radiation Facility, was complemented by theoretical calculations of the x-ray spectra and of the electronic structure. The electronic structure of MgB2 at the Fermi level is dominated by the boron σ and π bands. The high density of states provided by these bands is the key feature of the electronic structure contributing to the high critical temperature of superconductivity in MgB2. The electronic structure of MgB2 can be modified by atomic substitutions, which introduce extra electrons or holes into the bands. X ray Raman scattering was used to probe the interesting σ and π band hole states in pure and aluminum substituted MgB2. A method for determining the final state density of electron states from experimental x-ray Raman scattering spectra was examined and applied to the experimental data on both pure MgB2 and on Mg(0.83)Al(0.17)B2. The extracted final state density of electron states for the pure and aluminum substituted samples revealed clear substitution induced changes in the σ and π bands. The experimental work was supported by theoretical calculations of the electronic structure and x-ray Raman spectra. X-ray emission at the metal Kβ line was applied to the studies of pressure and temperature induced spin state transitions in transition metal oxides. The experimental studies were complemented by cluster multiplet calculations of the electronic structure and emission spectra. In LaCoO3 evidence for the appearance of an intermediate spin state was found and the presence of a pressure induced spin transition was confirmed. Pressure induced changes in the electronic structure of transition metal monoxides were studied experimentally and were analyzed using the cluster multiplet approach. The effects of hybridization, bandwidth and crystal field splitting in stabilizing the high pressure spin state were discussed. Emission spectroscopy at the Kβ line was also applied to FeCO3 and a pressure induced iron spin state transition was discovered.

Naudanlihan jalostusketjun hiilijalanjälki Suomessa

Kirjallisuustutkimuksen tavoitteena oli perehtyä kasvihuoneilmiön taustoihin ja kartoittaa aiempia tutkimuksia naudan- ja muiden lihatuotteiden kasvihuonekaasupäästöistä. Lisäksi kirjallisuustutkimuksessa perehdyttiin aiemmissa tutkimuksissa elintarvikkeiden hiilijalanjäljen laskemisessa sovellettuun elinkaarianalyysiin ISO 14040-standardin mukaisesti. Kokeellisen osion tavoitteena oli määrittää naudanlihan hiilijalanjälki Suomessa maatilan portilta kuluttajan ruokapöytään. Tavoitteena oli myös ymmärtää jalostusketjun päästöjen merkitys verrattuna koko naudanlihan tuotantoketjuun ja määrittää jalostusketjun vaiheiden merkitys ketjussa. Työn toiminnallisena yksikkönä toimi kilo naudanlihaa. Työ toteutettiin perehtymällä yksityiskohtaisesti yhteen naudanlihan jalostusketjuun Suomessa. Päästöt laskettiin todellisten yhteistyöyritykseltä saatujen prosessitietojen perusteella. Tiedot kerättiin tiedonkeruulomakkeella vierailemalla yhteistyöyrityksen kahdessa tuotantolaitoksessa ja täydentämällä tietoja haastatteluilla. Naudanlihan jalostusketjun päästöt olivat 1240 g CO2-ekv/lihakilo. Eniten päästöjä tuottivat jalostusvaihe (310 g CO2-ekv/lihakilo), teurastus (280 g CO2-ekv/lihakilo) ja lihatuotteiden kuljetus kuluttajalle (210 g CO2-ekv/lihakilo). Koko naudanlihan tuotantoketjusta jalostusketjun päästöt muodostivat alle 4 %, sillä syntymästä maatilan portille syntyviksi päästöiksi laskettiin kirjallisuuden perusteella yli 30 000 g CO2-ekv/lihakilo. Jatkossa naudanlihan hiilijalanjälkeä voitaisiin pääasiassa pienentää kehittämällä prosessia maatilan portille asti. Tämän työn tulokset olivat hyvin samansuuruiset verrattuna aiempaan tutkimukseen broilerin jalostusketjun päästöistä Suomessa (Katajajuuri ym. 2008). Tämä vastasi ennakko-odotuksia, sillä jalostusketjujen vaiheissa ei ollut merkittäviä eroja. Aiempia tutkimuksia naudanlihan jalostusketjun päästöistä ei ollut saatavilla.