Väitös

Uusi simulointimenetelmä antaa lupaavan, uudenlaisen lähestymistavan kvanttihiukkasten simulointiin

Materiaalit ovat tärkeitä teknologisen kehityksen kannalta. Miltei kaikki niiden ominaisuudet määräytyvät niitä muodostavien atomien yhteisestä elektronirakenteesta. Vaikka ymmärrämmekin kuinka nämä muodostuvat, niiden laskemiseksi käytännössä ei ole olemassa yleispätevää tarkkaa menetelmää. Diplomi-insinööri Ilkka Ruokosenmäki kehitti väitöskirjassaan uusia laskennallisia menetelmiä, jotka ratkaisevat eräitä perinteisten menetelmien ongelmia.

Teknologiamme on kehittynyt huimaa vauhtia, eikä vähiten sen vuoksi, että kykymme laskea ja simuloida materiaalien ominaisuuksia on parantunut. Olipa kyseessä sitten uusien ja kestävien materiaalien kehittäminen, suprajohtavat magneetit, joilla hallita vetyplasmaa yrityksessä luoda puhdasta energiaa fuusion avulla, tai ihmisen biologian ymmärtäminen pidemmän ja terveemmän elämän saavuttamiseksi, viime kädessä kyseessä on aina materiaalin elektronirakenteiden ymmärtäminen. Tietokoneiden laskentatehon kasvaminen sekä laskennallisten menetelmien kehittyminen mahdollistavat tehokkaan simuloinnin usein kalliiden ja hitaiden kokeellisten menetelmien sijaan tai tueksi.

- Ongelma ei ole elektronirakenneteoriassa, jonka tunnemme erittäin hyvin, vaan siinä, että teorian antamien mallien ratkaiseminen on käytännössä hyvin haastavaa, Ruokosenmäki toteaa.

- Viimeisten sadan vuoden aikana tähän on kehitetty erilaisia menetelmiä, mutta yleispätevää sellaista ei vielä ole. Niinpä joudummekin turvautumaan eri menetelmiin, riippuen siitä millainen ongelma meillä on käsissämme.

Ruokosenmäki kehitti tutkimuksessaan Feynmanin polkuintegraaliformalismiin perustuvia menetelmiä, jotka ratkaisevat monen kappaleen ilmiöihin liittyviä ongelmia. Nämä menetelmät soveltuvat niin uusien kuin vanhojenkin ongelmien tarkasteluun. Elektronien lisäksi voidaan simuloida myös ytimien ja muidenkin kvanttihiukkasten dynamiikkaa.

Diplomi-insinööri Ilkka Ruokosenmäen fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Real Time Path Integral Simulation Methods for Quantum Particles tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 29.11.2019 klo 12.00 alkaen Sähkötalon salissa S2 osoitteessa Korkeakoulunkatu 3. Vastaväittäjänä toimii professori Kari Rummukainen Helsingin yliopistosta ja kustoksena professori Tapio Rantala tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.

Väitöskirjaan voi tutustua osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1371-5