Atomic Layer Deposition for optical applications: metal fluoride thin films and novel devices

Thin films of various metal fluorides are suited for optical coatings from infrared (IR) to ultraviolet (UV) range due to their excellent light transmission. In this work, novel metal fluoride processes have been developed for atomic layer deposition (ALD), which is a gas phase thin film deposition method based on alternate saturative surface reactions. Surface controlled self-limiting film growth results in conformal and uniform films. Other strengths of ALD are precise film thickness control, repeatability and dense and pinhole free films. All these make the ALD technique an ideal choice also for depositing metal fluoride thin films. Metal fluoride ALD processes have been largely missing, which is mostly due to a lack of a good fluorine precursor. In this thesis, TiF4 precursor was used for the first time as the fluorine source in ALD for depositing CaF2, MgF2, LaF3 and YF3 thin films. TaF5 was studied as an alternative novel fluorine precursor only for MgF2 thin films. Metal-thd (thd = 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) compounds were applied as the metal precursors. The films were grown at 175 450 °C and they were characterized by various methods. The metal fluoride films grown at higher temperatures had generally lower impurity contents with higher UV light transmittances, but increased roughness caused more scattering losses. The highest transmittances and low refractive indices below 1.4 (at 580 nm) were obtained with MgF2 samples. MgF2 grown from TaF5 precursor showed even better UV light transmittance than MgF2 grown from TiF4. Thus, TaF5 can be considered as a high quality fluorine precursor for depositing metal fluoride thin films. Finally, MgF2 films were applied in fabrication of high reflecting mirrors together with Ta2O5 films for visible region and with LaF3 films for UV region. Another part of the thesis consists of applying already existing ALD processes for novel optical devices. In addition to the high reflecting mirrors, a thin ALD Al2O3 film on top of a silver coating was proven to protect the silver mirror coating from tarnishing. Iridium grid filter prototype for rejecting IR light and Ir-coated micro channel plates for focusing x-rays were successfully fabricated. Finally, Ir-coated Fresnel zone plates were shown to provide the best spatial resolution up to date in scanning x-ray microscopy.

Computer simulation of H and He effects in fusion reactor materials

Fusion power is an appealing source of clean and abundant energy. The radiation resistance of reactor materials is one of the greatest obstacles on the path towards commercial fusion power. These materials are subject to a harsh radiation environment, and cannot fail mechanically or contaminate the fusion plasma. Moreover, for a power plant to be economically viable, the reactor materials must withstand long operation times, with little maintenance. The fusion reactor materials will contain hydrogen and helium, due to deposition from the plasma and nuclear reactions because of energetic neutron irradiation. The first wall divertor materials, carbon and tungsten in existing and planned test reactors, will be subject to intense bombardment of low energy deuterium and helium, which erodes and modifies the surface. All reactor materials, including the structural steel, will suffer irradiation of high energy neutrons, causing displacement cascade damage. Molecular dynamics simulation is a valuable tool for studying irradiation phenomena, such as surface bombardment and the onset of primary damage due to displacement cascades. The governing mechanisms are on the atomic level, and hence not easily studied experimentally. In order to model materials, interatomic potentials are needed to describe the interaction between the atoms. In this thesis, new interatomic potentials were developed for the tungsten-carbon-hydrogen system and for iron-helium and chromium-helium. Thus, the study of previously inaccessible systems was made possible, in particular the effect of H and He on radiation damage. The potentials were based on experimental and ab initio data from the literature, as well as density-functional theory calculations performed in this work. As a model for ferritic steel, iron-chromium with 10% Cr was studied. The difference between Fe and FeCr was shown to be negligible for threshold displacement energies. The properties of small He and He-vacancy clusters in Fe and FeCr were also investigated. The clusters were found to be more mobile and dissociate more rapidly than previously assumed, and the effect of Cr was small. The primary damage formed by displacement cascades was found to be heavily influenced by the presence of He, both in FeCr and W. Many important issues with fusion reactor materials remain poorly understood, and will require a huge effort by the international community. The development of potential models for new materials and the simulations performed in this thesis reveal many interesting features, but also serve as a platform for further studies.

Search for WW and WZ Resonances Decaying to Electron, Missing ET, and Two Jets in pp̅ Collisions at √s=1.96 TeV.

Using data from 2.9  fb-1 of integrated luminosity collected with the CDF II detector at the Tevatron, we search for resonances decaying into a pair of on-shell gauge bosons, WW or WZ, where one W decays into an electron and a neutrino, and the other boson decays into two jets. We observed no statistically significant excess above the expected standard model background, and we set cross section limits at 95% confidence level on G* (Randall-Sundrum graviton), Z′, and W′ bosons. By comparing these limits to theoretical cross sections, mass exclusion regions for the three particles are derived. The mass exclusion regions for Z′ and W′ are further evaluated as a function of their gauge coupling strength.

Search for WW and WZ Resonances Decaying to Electron, Missing ET, and Two Jets in pp̅ Collisions at √s=1.96 TeV.

Using data from 2.9/fb of integrated luminosity collected with the CDF II detector at the Tevatron, we search for resonances decaying into a pair of on-shell gauge bosons, WW or WZ, where one W decays into an electron and a neutrino, and the other boson decays into two jets. We observed no statistically significant excess above the expected standard model background, and we set cross section limits at 95% confidence level on G*(Randall-Sundrum graviton), Z', and W' bosons. By comparing these limits to theoretical cross sections, mass exclusion regions for the three particles are derived. The mass exclusion regions for Z' and W' are further evaluated as a function of their gauge coupling strength.

Fast distributed approximation algorithms for vertex cover and set cover in anonymous networks

We present a distributed algorithm that finds a maximal edge packing in O(Δ + log* W) synchronous communication rounds in a weighted graph, independent of the number of nodes in the network; here Δ is the maximum degree of the graph and W is the maximum weight. As a direct application, we have a distributed 2-approximation algorithm for minimum-weight vertex cover, with the same running time. We also show how to find an f-approximation of minimum-weight set cover in O(f2k2 + fk log* W) rounds; here k is the maximum size of a subset in the set cover instance, f is the maximum frequency of an element, and W is the maximum weight of a subset. The algorithms are deterministic, and they can be applied in anonymous networks.

Konstruktioner och valens : Verbfraser med åt i ett jämförande perspektiv

Det har knappast undgått någon som är språkligt medveten att finlandssvenskan och sverigesvenskan skiljer sig åt till vissa delar. Olikheterna återfinns på olika språkliga nivåer. Mest kända och omskrivna är de lexikologiska skillnaderna, dvs. skillnaderna på ordplanet. Betydligt mindre uppmärksamhet har ägnats syntaktiska skillnader, dvs. skillnader i hur satser och meningar byggs upp. För att öka kunskapen om finlandssvensk syntax initierade Språkvetenskapliga nämnden vid Svenska litteratursällskapet i Finland projektet Svenskan i Finland – syntaktiska drag i ett jämförande perspektiv, som pågick åren 2004–2006. Min avhandling har kommit till inom ramen för det projektet. Prepositionerna (t.ex. av, i, på, för, till, åt osv.) är så kallade funktionsord som har till uppgift att binda samman de mer betydelsetunga orden till satser och meningar. Den finlandssvenska prepositionsanvändningen skiljer sig i viss mån från den sverigesvenska, och ”åt” är en av de prepositioner som ofta lyfts fram som exempel. Finlandssvenskarna säger t.ex. ”han gav en bok åt Lena” i stället för ”han gav en bok till Lena” eller ”han gav Lena en bok”. De säger ”berätta något åt någon” (i stället för ”för”) och de säger ”ringa åt någon” i stället för ”ringa någon”. Ett huvudsyfte med min undersökning är att ta reda på hur pass stora skillnaderna är om man ser till samtliga belägg på ”åt” i ett material och inte bara till sådana som man fäster sig vid för att man vet att de avviker i finlandssvenskan. Undersökningen är korpusbaserad. Det betyder att jag letat efter alla belägg på kombinationer av verb och prepositionen ”åt” i rätt stora textmassor som finns tillgängliga i elektronisk form. Materialet ligger i Språkbanken i Finland och omfattar huvudsakligen tidningstext och skönlitteratur. Jag har använt mig av en textmassa på sammanlagt ungefär 40 miljoner löpande ord, drygt 23 miljoner finlandssvenska och drygt 19 miljoner sverigesvenska. Det materialet gav ca 20 000 åt-belägg att studera, och det visade sig något oväntat att ”åt” inte alls är vanligare i finlandssvenskan än i sverigesvenskan när det gäller skriftspråk, åtminstone inte i professionella skribenters språk. Om man kompenserar för att den finlandssvenska och den sverigesvenska korpusen inte är helt lika i fråga om genrefördelning och ålder, kommer man fram till i stort sett samma frekvens för ”åt” i båda korpusarna. För den närmare analysen av vilka mönster åt-beläggen uppvisar har jag först och främst utnyttjat konstruktionsgrammatik men också ramsemantik och valensteori. Konstruktionsgrammatiken är ingen enhetlig teori, men tanken om grammatiska konstruktioner är gemensam. Konstruktioner representerar allt från generella syntaktiska mönster till specifika mönster för språkliga enskildheter. Uppfattningen om vad som ska inbegripas i begreppet varierar, men definitionen av ”konstruktion” som ”par (eller konstellationer) av form och betydelse” är gemensam. ”Konstruktion” avser aldrig konkreta belägg i texter eller yttranden utan alltid det abstrakta mönstret bakom dessa. Och varje yttrande är resultatet av att en stor mängd konstruktioner samverkar. I min analys har jag utgått ifrån att beläggen med ”åt” kan återföras på olika konstruktioner eller mönster utifrån vad som är gemensamt för grupper av belägg. Jag har sett på vad åt-frasen i samverkan med verbet har för funktion i beläggen. En åt-fras är syntaktiskt en prepositionsfras och består av en preposition och en rektion. Exempelvis utgör ordparet ”åt skogen” en prepositionsfras där ”skogen” är rektion. Ur mitt material har jag kunnat abstrahera fram fem övergripande mönster där referenten för rektionen har olika så kallade semantiska roller. Åt-frasen kan i kombination med verbet ange mål eller riktmärke, som i t.ex. svänga åt höger, dra åt helvete, ta sig åt hjärtat, luta åt en seger för IFK. Den kan för det andra ange mottagare (t.ex. ge varsin kaka åt hundarna, bygga en bastu åt sina svärföräldrar, skaffa biljetter åt en kompis). För det tredje kan åt-frasen avse en referent som har nytta (eller skada) av en aktion (t.ex. klippa häcken åt grannen, ställa in digitalboxen åt sin moster). Åt-frasen kan slutligen avse den eller det som är föremål antingen för en kommunikationsaktion (vinka åt sin son, skratta åt eländet) eller en attityd eller känsla (glädja sig åt framgången). Utöver dessa huvudmönster finns det ett antal smärre grupper av belägg som bildar egna mönster, men de utgör sammanlagt under 3 % i bägge korpusarna. Inom grupperna kan undermönster urskiljas. I t.ex. mottagargruppen representerar ”ge varsin kaka åt hundarna” överföringskonstruktion, ”bygga en bastu åt sina svärföräldrar” produktionskonstruktion och ”skaffa biljetter åt en kompis” ombesörjningskonstruktion. Alla typer är gemensamma för bägge materialen, men andelen belägg som representerar de olika typerna skiljer sig betydligt. I det sverigesvenska materialet står t.ex. det mönster där åt-frasen avser mål eller riktmärke för en mycket större andel av beläggen än i finlandssvenskan. Också andelen belägg där åt-frasen avser någon som har nytta (eller skada) av en aktion är mycket högre i det sverigesvenska materialet. I det finlandssvenska materialet står i gengäld mottagarbeläggen för över 50 % av beläggen medan andelen i det sverigesvenska materialet är bara 30 %. Inom gruppen utgör belägg av produktions- och ombesörjningstyp dessutom en mindre andel i det finlandssvenska materialet än i det sverigesvenska. Dessa står till sin funktion nära den typ som avser den som har nytta av aktionen. De konkreta beläggen på överföring (ge varsin kaka åt hundarna) utgör en större andel i det finlandssvenska materialet än i det sverigesvenska (ca 8 % mot 3 %), men typiskt för båda materialen är hög kollokationsgrad (”kollokation” avser par eller grupper av ord som uppträder oftare tillsammans än de statiskt sett skulle göra vid helt slumpmässig förekomst). Största delen av mottagarbeläggen utgörs av fraser av typen ”ge arbete åt någon, ge eftertryck åt något, ge liv åt något; ägna tid åt något, ägna sitt liv åt något, ägna uppmärksamhet åt något”. De här slutsatserna gäller alltså skriftspråk. I talspråk ser fördelningen annorlunda ut. Typiskt för prepositionen ”åt” är överhuvudtaget hög kollokationsgrad. Det förefaller som om språkanvändarna har tydliga, färdiga mallar för var ”åt” kan komma in. Det enda mönster som verkar helt produktivt, i den meningen att elementen är i stort sett fritt kombinerbara, är kombinationer av verb och åt-fras där åt-frasen avser den som har nytta av något. Att någon utför något för någons räkning verkar överlag kunna uttryckas med prepositionen ”åt”: t.ex. ”tvätta bilen åt pappa, ringa efter en taxi åt kunden”. Till och med belägg av typen ”hon drömde åt honom att bli ordinarie adjunkt” förekommer i någon mån. Konstruktionen är produktiv i båda språkvarieteterna men uppenbart är att konstruktion med mottagare har tolkningsföreträde i vissa fall i finlandssvenskan: ”Filip skrev ett brev åt sin syster” tolkas av sverigesvenskar som att Filip skrev brevet för systerns räkning, medan finlandssvenskar överlag uppenbarligen tolkar det som att Filip skrev till sin syster, att systern var mottagare av brevet. Ungefär 20 % av alla belägg i båda materialen representerar fall där ”åt” utgör partikel. Verb och ”åt” är närmare förbundna med varandra än när ”åt” utgör normal preposition. Exempel på partikelbelägg är ”han kom inte åt strömbrytaren, det gick åt mängder med saft, landet får dra åt svångremmen, de roffade åt sig de bästa platserna”. Också partikelmaterialet ser på ett generellt plan väldigt lika ut i båda språkvarieteterna. Den största skillnaden uppvisar den reflexiva typen ”roffa åt sig”. Medan typen är mycket homogen i det sverigesvenska materialet är variationen större i det finlandsvenska. Dels uppträder fler verb i kombinationen (han köpte åt sig ett par jeans), dels vacklar ordföljden (han nappade åt sig ett paraply ~ han nappade ett paraply åt sig). Att ”åt” används mer i vissa funktioner i finlandsvenskan brukar förklaras med påverkan från finskans allativ (ändelsen -lle: hän antoi kirjan Astalle > hon gav en bok åt Asta). Allt tyder dock på att den finlandssvenska åt-användningen delvis är en relikt. I äldre sverigesvenska källor träffar man på ”åt” i sådana kontexter som numera är typiska för finlandsvenskan. Det finlandssvenska språkområdet ligger ute i periferin i relation till det språkliga centrum som förändringar sprider sig från (för svenskans del främst Stockholmstrakten) och typiskt för perifera områden är att de uppvisar ålderdomliga drag också när inga kontaktfenomen spelar in. Allativen kan naturligtvis ha bidragit till att bevara användningen av ”åt” i finlandssvenskan. Att det är just ”åt” som används” beror antagligen på att prepositionen har flest funktioner gemensamt med allativen rent kognitivt om man jämför med de betydligt mer frekventa prepositionerna ”till” och ”för”. Uppenbart är också att åt-användningen därtill lever sitt eget liv i finlandssvenskan. I vissa varieteter av finlandssvenska kan man t.ex. höra yttranden av typ ”alla fiskarna dog åt dom”. Som språklig enskildhet har det ingen finsk förebild med allativ. Yttrandet är ett exempel på töjning av en svensk konstruktion. Modell finns dels i det mönster där åt avser den som har nytta eller skada av något, dels i relationell användning av ”åt”: han är hantlangare åt Eriksson ~ han är Erikssons hantlangare. Vid språkkontakt är det överlag konstruktioner som har förebild i det låntagande språket som lånas in från det långivande språket, medan konstruktioner som saknar förebild är betydligt mindre benägna att vinna insteg.

Technicolor

In technicolor theories the scalar sector of the Standard Model is replaced by a strongly interacting sector. Although the Standard Model has been exceptionally successful, the scalar sector causes theoretical problems that make these theories seem an attractive alternative. I begin my thesis by considering QCD, which is the known example of strong interactions. The theory exhibits two phenomena: confinement and chiral symmetry breaking. I find the low-energy dynamics to be similar to that of the sigma models. Then I analyze the problems of the Standard Model Higgs sector, mainly the unnaturalness and triviality. Motivated by the example of QCD, I introduce the minimal technicolor model to resolve these problems. I demonstrate the minimal model to be free of anomalies and then deduce the main elements of its low-energy particle spectrum. I find the particle spectrum contains massless or very light technipions, and also technibaryons and techni-vector mesons with a high mass of over 1 TeV. Standard Model fermions remain strictly massless at this stage. Thus I introduce the technicolor companion theory of flavor, called extended technicolor. I show that the Standard Model fermions and technihadrons receive masses, but that they remain too light. I also discuss flavor-changing neutral currents and precision electroweak measurements. I then show that walking technicolor models partly solve these problems. In these models, contrary to QCD, the coupling evolves slowly over a large energy scale. This behavior adds to the masses so that even the light technihadrons are too heavy to be detected at current particle accelerators. Also all observed masses of the Standard Model particles can be generated, except for the bottom and top quarks. Thus it is shown in this thesis that, excluding the masses of third generation quarks, theories based on walking technicolor can in principle produce the observed particle spectrum.

Siperiaa sanoiksi - uralilaisuutta teoiksi : Kai Donner poliittisena organisaattorina sekä tiedemiehenä antropologian näkökulmasta

The doctoral dissertation, entitled Siperiaa sanoiksi - uralilaisuutta teoiksi. Kai Donner poliittisena organisaattorina sekä tiedemiehenä antropologian näkökulmasta clarifies the early history of anthropological fieldwork and research in Siberia. The object of research is Kai Donner (1888-1935), fieldworker, explorer and researcher of Finno-Ugric languages, who made two expeditions to Siberia during 1911-1913 and 1914. Donner studied in Cambridge in 1909 under the guidance of James Frazer, A. C. Haddon and W. H. R. Rivers - and with Bronislaw Malinowski. After finishing his expeditions, Donner organized the enlistment of Finnish university students to receive military training in Germany. He was exiled and participated in the struggle for Finnish independence. After that, he organized military offensives in Russia and participated in domestic politics and policy in cooperation with C. G. E. Mannerheim. He also wrote four ethnographic descriptions on Siberia and worked with the Scandinavian Arctic areas researchers and Polar explorers. The results of this analysis can be sum up as follows: In the history of ethnographic research in Finland, it is possible to find two types of fieldwork tradition. The first tradition started from M. A. Castrén's explorations and research and the second one from August Ahlqvist's. Donner can be included in the first group with Castrén and Sakari Pälsi, unlike other contemporary philologists, or cultural researcher colleagues, which used the method of August Ahlqvist. Donner's holistic, lively and participant-observation based way of work is articulated in his writings two years before Malinowski published his thesis about modern fieldwork. Unfortunately, Donner didn't get the change to continue his researche because of the civil war in Finland, and due to the dogmatic position of E. N. Setälä. Donner's main work - the ethnohistorical Siberia - encloses his political and anthropological visions about a common and threatened Uralic nation under the pressure of Russian. The important items of his expeditions can be found in the area of cultural ecology, nutritional anthropology and fieldwork methods. It is also possible to prove that in his short stories from Siberia, there can be found some psychological factors that correlate his early life history.