Charge transport in disordered materials : simulations, theory, and numerical modeling of hopping transport and electron-hole recombination

Min avhandling behandlar hur oordnade material leder elektrisk ström. Bland materialen som studeras finns ledande polymerer, d.v.s. plaster som leder ström, och mer allmänt organiska halvledare. Av de här materialen har man kunnat bygga elektroniska komponenter, och man hoppas på att kunna trycka hela kretsar av organiska material. För de här tillämpningarna är det viktigt att förstå hur materialen själva leder elektrisk ström. Termen oordnade material syftar på material som saknar kristallstruktur. Oordningen gör att elektronernas tillstånd blir lokaliserade i rummet, så att en elektron i ett visst tillstånd är begränsad t.ex. till en molekyl eller ett segment av en polymer. Det här kan jämföras med kristallina material, där ett elektrontillstånd är utspritt över hela kristallen (men i stället har en väldefinierad rörelsemängd). Elektronerna (eller hålen) i det oordnade materialet kan röra sig genom att tunnelera mellan de lokaliserade tillstånden. Utgående från egenskaperna för den här tunneleringsprocessen, kan man bestämma transportegenskaperna för hela materialet. Det här är utgångspunkten för den så kallade hopptransportmodellen, som jag har använt mig av. Hopptransportmodellen innehåller flera drastiska förenklingar. Till exempel betraktas elektrontillstånden som punktformiga, så att tunneleringssannolikheten mellan två tillstånd endast beror på avståndet mellan dem, och inte på deras relativa orientation. En annan förenkling är att behandla det kvantmekaniska tunneleringsproblemet som en klassisk process, en slumpvandring. Trots de här grova approximationerna visar hopptransportmodellen ändå många av de fenomen som uppträder i de verkliga materialen som man vill modellera. Man kan kanske säga att hopptransportmodellen är den enklaste modell för oordnade material som fortfarande är intressant att studera. Man har inte hittat exakta analytiska lösningar för hopptransportmodellen, därför använder man approximationer och numeriska metoder, ofta i form av datorberäkningar. Vi har använt både analytiska metoder och numeriska beräkningar för att studera olika aspekter av hopptransportmodellen. En viktig del av artiklarna som min avhandling baserar sig på är att jämföra analytiska och numeriska resultat. Min andel av arbetet har främst varit att utveckla de numeriska metoderna och applicera dem på hopptransportmodellen. Därför fokuserar jag på den här delen av arbetet i avhandlingens introduktionsdel. Ett sätt att studera hopptransportmodellen numeriskt är att direkt utföra en slumpvandringsprocess med ett datorprogram. Genom att föra statisik över slumpvandringen kan man beräkna olika transportegenskaper i modellen. Det här är en så kallad Monte Carlo-metod, eftersom själva beräkningen är en slumpmässig process. I stället för att följa rörelsebanan för enskilda elektroner, kan man beräkna sannolikheten vid jämvikt för att hitta en elektron i olika tillstånd. Man ställer upp ett system av ekvationer, som relaterar sannolikheterna för att hitta elektronen i olika tillstånd i systemet med flödet, strömmen, mellan de olika tillstånden. Genom att lösa ekvationssystemet fås sannolikhetsfördelningen för elektronerna. Från sannolikhetsfördelningen kan sedan strömmen och materialets transportegenskaper beräknas. En aspekt av hopptransportmodellen som vi studerat är elektronernas diffusion, d.v.s. deras slumpmässiga rörelse. Om man betraktar en samling elektroner, så sprider den med tiden ut sig över ett större område. Det är känt att diffusionshastigheten beror av elfältet, så att elektronerna sprider sig fortare om de påverkas av ett elektriskt fält. Vi har undersökt den här processen, och visat att beteendet är väldigt olika i endimensionella system, jämfört med två- och tredimensionella. I två och tre dimensioner beror diffusionskoefficienten kvadratiskt av elfältet, medan beroendet i en dimension är linjärt. En annan aspekt vi studerat är negativ differentiell konduktivitet, d.v.s. att strömmen i ett material minskar då man ökar spänningen över det. Eftersom det här fenomenet har uppmätts i organiska minnesceller, ville vi undersöka om fenomenet också kan uppstå i hopptransportmodellen. Det visade sig att det i modellen finns två olika mekanismer som kan ge upphov till negativ differentiell konduktivitet. Dels kan elektronerna fastna i fällor, återvändsgränder i systemet, som är sådana att det är svårare att ta sig ur dem då elfältet är stort. Då kan elektronernas medelhastighet och därmed strömmen i materialet minska med ökande elfält. Elektrisk växelverkan mellan elektronerna kan också leda till samma beteende, genom en så kallad coulombblockad. En coulombblockad kan uppstå om antalet ledningselektroner i materialet ökar med ökande spänning. Elektronerna repellerar varandra och ett större antal elektroner kan leda till att transporten blir långsammare, d.v.s. att strömmen minskar.

On the impact of rigorous approaches on the quality of development

Software systems are expanding and becoming increasingly present in everyday activities. The constantly evolving society demands that they deliver more functionality, are easy to use and work as expected. All these challenges increase the size and complexity of a system. People may not be aware of a presence of a software system, until it malfunctions or even fails to perform. The concept of being able to depend on the software is particularly significant when it comes to the critical systems. At this point quality of a system is regarded as an essential issue, since any deficiencies may lead to considerable money loss or life endangerment. Traditional development methods may not ensure a sufficiently high level of quality. Formal methods, on the other hand, allow us to achieve a high level of rigour and can be applied to develop a complete system or only a critical part of it. Such techniques, applied during system development starting at early design stages, increase the likelihood of obtaining a system that works as required. However, formal methods are sometimes considered difficult to utilise in traditional developments. Therefore, it is important to make them more accessible and reduce the gap between the formal and traditional development methods. This thesis explores the usability of rigorous approaches by giving an insight into formal designs with the use of graphical notation. The understandability of formal modelling is increased due to a compact representation of the development and related design decisions. The central objective of the thesis is to investigate the impact that rigorous approaches have on quality of developments. This means that it is necessary to establish certain techniques for evaluation of rigorous developments. Since we are studying various development settings and methods, specific measurement plans and a set of metrics need to be created for each setting. Our goal is to provide methods for collecting data and record evidence of the applicability of rigorous approaches. This would support the organisations in making decisions about integration of formal methods into their development processes. It is important to control the software development, especially in its initial stages. Therefore, we focus on the specification and modelling phases, as well as related artefacts, e.g. models. These have significant influence on the quality of a final system. Since application of formal methods may increase the complexity of a system, it may impact its maintainability, and thus quality. Our goal is to leverage quality of a system via metrics and measurements, as well as generic refinement patterns, which are applied to a model and a specification. We argue that they can facilitate the process of creating software systems, by e.g. controlling complexity and providing the modelling guidelines. Moreover, we find them as additional mechanisms for quality control and improvement, also for rigorous approaches. The main contribution of this thesis is to provide the metrics and measurements that help in assessing the impact of rigorous approaches on developments. We establish the techniques for the evaluation of certain aspects of quality, which are based on structural, syntactical and process related characteristics of an early-stage development artefacts, i.e. specifications and models. The presented approaches are applied to various case studies. The results of the investigation are juxtaposed with the perception of domain experts. It is our aspiration to promote measurements as an indispensable part of quality control process and a strategy towards the quality improvement.

Det demokratiska samtalet : en studie av deliberativ demokrati i ett medborgarforum

Behovet av deliberativ demokrati, dvs. politiskt beslutsfattande som bygger på överläggningar där olika skäl vägs mot varandra, betonas allt oftare i samhällsdebatten. Dylika överläggningar förväntas bidra med beslutsfattande som är mer förnuftsorienterat, respektfullt och inkluderande, samt beslut som är mer avvägda och äger större legitimitet. Genom att analysera samtal från ett diskussionsforum där vanliga medborgare samlats för att rådslå om utvecklingen av kärnkraft i Finland redogör denna avhandling för hur deliberativ demokrati som omfattar vanliga medborgare tar sig uttryck. Resultaten är tudelade. Även om deliberativa överläggningar kan ge medborgarna mer insikt och klargöra den egna åsikten i sakfrågan, visar det sig att deltagarna har svårt att ta åt sig argument och åsikter som inte stämmer överrens med den egna uppfattningen. Dessutom visar det sig att särskilt kvinnor, yngre och mindre utbildade deltagare har svårigheter att hävda sig i det deliberativa samtalet. De brister som uppdagas ifrågasätter om deliberativ demokrati i praktiken kan bidra till ett mer jämlikt och välfungerande beslutsfattande.

Trustworthy context dependency in ubiquitous systems

The modern society is getting increasingly dependent on software applications. These run on processors, use memory and account for controlling functionalities that are often taken for granted. Typically, applications adjust the functionality in response to a certain context that is provided or derived from the informal environment with various qualities. To rigorously model the dependence of an application on a context, the details of the context are abstracted and the environment is assumed stable and fixed. However, in a context-aware ubiquitous computing environment populated by autonomous agents, a context and its quality parameters may change at any time. This raises the need to derive the current context and its qualities at runtime. It also implies that a context is never certain and may be subjective, issues captured by the context’s quality parameter of experience-based trustworthiness. Given this, the research question of this thesis is: In what logical topology and by what means may context provided by autonomous agents be derived and formally modelled to serve the context-awareness requirements of an application? This research question also stipulates that the context derivation needs to incorporate the quality of the context. In this thesis, we focus on the quality of context parameter of trustworthiness based on experiences having a level of certainty and referral experiences, thus making trustworthiness reputation based. Hence, in this thesis we seek a basis on which to reason and analyse the inherently inaccurate context derived by autonomous agents populating a ubiquitous computing environment in order to formally model context-awareness. More specifically, the contribution of this thesis is threefold: (i) we propose a logical topology of context derivation and a method of calculating its trustworthiness, (ii) we provide a general model for storing experiences and (iii) we formalise the dependence between the logical topology of context derivation and its experience-based trustworthiness. These contributions enable abstraction of a context and its quality parameters to a Boolean decision at runtime that may be formally reasoned with. We employ the Action Systems framework for modelling this. The thesis is a compendium of the author’s scientific papers, which are republished in Part II. Part I introduces the field of research by providing the mending elements for the thesis to be a coherent introduction for addressing the research question. In Part I we also review a significant body of related literature in order to better illustrate our contributions to the research field.

En god motor fordrar extra prima petroleum, en sliten motor behöver det ännu mer

kuv., 21 x 29 cm

Rajaliikenteen ohjausjärjestelmän esiselvitys

Kaakkois-Suomen rajanylityspaikoilla on ajoittain pitkiä raskaiden ajoneuvojen jonoja ja tulevien hankkeiden myötä rajan ja sen lähialueiden on ennustettu ruuhkautuvan entistä enemmän. Suomen ja Venäjän rajalle on mietitty erilaisia keinoja vähentää tavaraliikenteestä aiheutuvia haittoja rajaseudun kunnille ja liikenneverkolle. Viron ja Venäjän rajalla otettiin vuonna 2011 käyttöön rajaliikenteen ohjausjärjestelmä, jonka johdosta jonot Viron ja Venäjän välisellä rajalla ovat hävinneet lähes kokonaan. Tässä esiselvityksessä arvioidaan rajaliikenteen ohjausjärjestelmän toteutusmahdollisuuksia ja toteutuksen edellytyksiä Liikenneviraston ja ELY:n toimenpiteiden sekä lainsäädännön osalta Suomessa. Ohjausjärjestelmän avulla voidaan kontrolloida rajalle syntyviä jonoja ja ohjata rajanylittäjiä saapumaan rajalle silloin, kun raja-asemalla on vapaita resursseja. Esiselvityksessä on koottu vastaavien selvitysten ja hankkeiden tulokset yhteen sekä tarkasteltu Virossa käytössä olevaa rajaliikenteen ohjausjärjestelmää ja arvioitu ennakkovarausjärjestelmän soveltuvuutta Suomen ja Venäjän rajalle. Lisäksi työssä arvioidaan rajaliikenteen ohjausjärjestelmän toteutusmahdollisuuksia Kaakkois-Suomen rajalla ja kootaan toteutuksen edellyttämiä toimia sekä arvioida järjestelmän vaikutuksia yleisellä tasolla. Työssä tehdyt arviot ja päätelmät pohjautuvat asiantuntijahaastatteluihin. Järjestelmän suurimmat vaikutukset kohdistuisivat rajaseudulle, tavaraliikenteelle sekä tulevien investointien määrään. Jos järjestelmä toimii odotetunlaisesti, poistaa se rajanylityspaikkojen ajoneuvojonot teiden varsilta ja parantaa muun muassa rajaseutujen sujuvuutta ja liikenneturvallisuutta. Vaikka järjestelmä vaikuttaa myös rekkaparkkien investointitarpeeseen, se ei poista raskaan liikenteen pysäköintipaikkatarvetta. Kaikkien pysäköintialueiden ei kuitenkaan tarvitsisi sijaita rajan välittömässä läheisyydessä. Esiselvityksen pohjalta nousi esiin useita haasteita ja kysymyksiä, jotka tulee selvittää ennen järjestelmän toteuttamista. Suomen toimintaympäristö eroaa jossain määrin Viron toimintaympäristöstä, joten esiselvityksen pohjalta havaittiin, että hankkeesta on erittäin suositeltavaa toteuttaa pilotti vastaamaan Suomen rajaliikenteen tarpeita ennen varsinaista päätöstä järjestelmän hankkimisesta. Ennen pilottia tulee laatia hankesuunnitelma pilotin toteuttamista varten sekä aloittaa pilottiin liittyvät jatkoselvitykset.

Probabilistic contact preferences in protein-ligand and protein-protein complexes

Modeller för intermolekulär växelvärkan utnyttjas brett inom biologin. Analys av kontakter mellan proteiner och läkemedelsforskning representerar typiska tillämpningsområden för dylika modeller. En modell som beskriver sådana molekylära växelverkningar kan utformas med hjälp av biofysisk teori, vilket tenderar att resultera i ytterst tung beräkningsbörda även för enkla tillämpningar. Ett alternativt sätt att formulera modeller är att utnyttja stora databaser som innehåller strukturmätningar gjorda med hjälp av till exempel röntgendiffraktion. Då man använder sig av empiriska mätdata direkt, möjliggör en statistisk modell att osäkerheten och inexaktheten i datat tas till hänsyn på ett adekvat sätt, samtidigt som beräkningsbördan håller sig på en rimligare nivå jämfört med kvantmekaniska metoder som i princip borde ge de optimala resultaten. I avhandlingen utvecklades en 3D modell för numerisk undersökning av intermolekulär växelverkan baserad på Bayesiansk statistik. Modellens syfte är att åstadkomma prognoser för det hurdana eller vilka molekylstrukturer prefereras i en given kontext, d.v.s. är mer sannolika inom ramen för interaktion. Modellen testades i essentiella molekyläromgivningar - en liten molekyl vid sin bindningsplats hos ett protein och en gränsyta mellan proteinerna i ett komplex. De erhållna numeriska resultaten motsvarar väl experimentella resultat som tidigare rapporterats i litteraturen, exempelvis kvalitativa bindningsaffiniteter och kemisk kännedom av vissa aminosyrors rumsliga förmågor att utgöra bindningar. I avhandlingen gjordes ytterligare preliminära tester av den statistiska ansatsen för modellering av den centrala molekylära strukturella anpassningsbarheten. I praktiken är den utvecklade modellen ämnad som ett led i en mer omfattande analysmetod, så som en s.k. farmakofor modell. Molekyylivuorovaikutusten mallintamista hyödynnetään laajasti biologisten kysymysten tarkastelussa. Tyypillisiä esimerkkejä sovelluskohteista ovat proteiinien väliset kontaktit ja lääkesuunnittelu. Vuorovaikutuksia kuvaavan mallin lähtökohta voi olla molekyyleihin liittyvä teoria, jolloin soveltamiseen liittyvä laskenta saattaa olla erityisen raskasta, tai suuri havaintojoukko joka on saatu aikaan esimerkiksi mittaamalla rakenteita röntgendiffraktio menetelmällä. Tilastollinen malli mahdollistaa havaintoaineistossa olevan epätarkkuuden ja epävarmuuden huomioimisen, samalla pitäen laskennallisen kuorman pienempänä verrattuna periaatteessa parhaan tuloksen antavaan kvanttimekaaniseen mallinnukseen. Väitöstyössä kehitettiin bayesiläiseen tilastotieteeseen perustuva 3D malli molekyylien välisten vuorovaikutusten laskennalliseen tarkasteluun. Mallin tehtävä on tuottaa ennusteita sen suhteen, minkä tai millaisten molekyylirakenteiden väliset kompleksit ovat etusijalla, toisin sanoen todennäköisempiä, vuorovaikutustilanteessa. Työssä kehitetyn menetelmän toimivuutta testattiin käyttötarkoituksen suhteen olennaisissa molekyyliympäristöissä - pieni molekyyli sitoutumiskohdassaan proteiinissa sekä rajapinta kahden proteiinin välilllä proteiinikompleksissa. Saadut laskennalliset tulokset vastasivat hyvin vertailuun käytettyjä kirjallisuudesta saatuja kokeellisia tuloksia, kuten laadullisia sitoutumisaffiniteetteja, sekä kemiallista tietoa esimerkiksi tiettyjen aminohappojen avaruudellisesta sidoksenmuodostuksesta. Väitöstyössä myös alustavasti testattiin tilastollista lähestymistapaa tärkeän molekyylien rakenteellisen mukautuvuuden mallintamiseen. Käytännössä malli on tarkoitettu osaksi jotakin laajempaa analyysimenetelmää, kuten farmakoforimallia.

Hamnbusiaden eller ingen herre mer: hjeltesång från tolfte århundradet, öfversatt efter en gammal handskrift af Rupert Sabelklinga

Aftryck ur: Catilinariska bref, andra fyndet.

Nieuwe paskaart voor een gedeelte van de Oost-Zee = Nouvelle carte hydrographique d'une partie de la Mer Baltique = Nya pass cort öfwer yen dehl af Oster-Siöön = The new sea map of the second of the East-Sea

Sisältää myös kartakkeet: Pastkaartje van de Noord Bodem, Suomenlahden itäosa ja Laatokka

Nieuwe paskaart voor een gedeelte van de Oost-Zee = Nouvelle carte hydrographique d'une partie de la Mer Baltique = Nya pass cort öfwer yen dehl af Oster-Siöön = The new sea map of the second of the East-Sea

Sisältää myös kartakkeet: Pastkaartje van de Noord Bodem, Suomenlahden itäosa ja Laatokka

Carte générale du globe terrestre dressée sur les mémoires les plus approuvés et les observations les plus exactes

Julkaisussa: Nouvel atlas du globe terrestre representé en une carte générale et XII cartes particulières avec une courte description

Plan géométral, minéralogique et profil des mines d'or et de cuivre de Chilovoisetse en Sibérie

Julkaisussa: Voyage en Sibérie fait par ordre du Roi en 1761

Plan géométral, minéralogique et profil des mines d'or et de cuivre de Chilovoisetse en Sibérie

Julkaisussa: Voyage en Sibérie fait par ordre du Roi en 1761

Mappe-Monde, ou, Carte générale du globe terrestre representée en deux plan-hémispheres reveiie et changée en plusieurs endroits suivant les rélations les plus récentes

Julkaisussa: Cartes générales de la géographie ancienne et nouvelle, ou les empires, monarchies, royaumes, estats, républiques, et peuples. Vol I

Carte d'Europe dressée pour l'usage du Roy sur les itinéraires anciens et modernes et sur les routiers de mer assujetis aux observations astronomiques

Nimeke- ja tekijätiedot nimiönkehyksissä