Andreev-tunnelointi ja kvasipartikkelieksitaatiot mesoskooppisissa normaali metalli - suprajohde -rakenteissa

Ville F. Maisi

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Mesoskooppinen fysiikka käsittelee rakenteita, joiden koko on jokapäiväisen makroskooppisen mittakaavan ja mikroskooppisen atomimittakaavan välillä. Mesoskooppisissa rakenteissa pystytään siirtämään elektroneja hallitusti yksitellen. Tämä väitöskirja keskittyy yksittäisten elektronien siirtoon normaalimetalleissa ja suprajohteissa. Eräs työn tärkeimmistä painopisteistä on ymmärtää niinkutsutun SINIS-kääntöportin toiminnan rajoitukset. SINIS-kääntöportti on laite, jolla pystytään siirtämään elektroneja yksitellen suprajohteelta toiselle. Toistotaajuudella f saadaan näin aikaiseksi sähkövirta I = ef, jossa e on alkeisvaraus. Väitöskirjan ensimmäisessä osassa käsitellään elektronien tunneloitumista normaalimetallin ja suprajohteen välillä ja esitetään SINIS-kääntöportin toimintaperiaate. Käyttämällä kymmentä kääntöporttia rinnakkain saavutetaan riittävä virtataso tarkkuusmittauksiin. Lisäksi näytämme, että näyte pitää suojata hyvin, jotta korkeammista lämpötiloista tuleva säteily ei heikennä laitteen toimintaa. Työn toisessa osassa keskitymme niinkutsuttuun Andreev-tunnelointiin. Kyseisessä prosessissa kaksi elektronia tunneloituu samanaikaisesti muodostaen Cooperin parin suprajohteelle. Andreev-prosessi aiheuttaa virheitä laitteisiin, joiden toiminta perustuu yhden elektronin tunnelointiin. Käsittelemme kokeellisia tekniikoita, joilla Andreev-tunnelointi havaitaan ja lisäksi osoitamme, että tämä prosessi voidaan välttää SINIS-kääntöportissa. Lisäksi tutkimme elektronilaskentaa käyttäen Andreev-tunneloinnin statistisia ominaisuuksia. Väitöskirjan viimeisessä osassa käsitellään suprajohteiden eksitaatioita. Matalassa lämpötilassa eksitaatioiden pitäisi hävitä eksponentiaalisesti. Tyypillisesti näin ei kuitenkaan käy, vaan ylimääräisiä eksitaatioita jää suprajohteeseen hajonneiden Cooperin parien muodossa. Nämä eksitaatiot heikentävät suprajohteiden ominaisuuksia. Esitämme tässä osassa tapoja, joilla eksitaatioita voidaan havaita käyttäen normaalimetallin ja suprajohteen välisiä tunneliliitoksia. Tutkimme eksitaatioden diffuusiota ja relaksaatiota näillä menetelmillä. Tutkituissa rakenteissa relaksaatio aiheutuu tunneloitumisesta normaalimetallisiin osiin tai rekombinoitumisesta Cooperin pareiksi.
    Julkaisun otsikon käännösAndreev-tunnelointi ja kvasipartikkelieksitaatiot mesoskooppisissa normaali metalli - suprajohde -rakenteissa
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Pekola, Jukka, Vastuuprofessori
    • Manninen, Antti, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-6682-10-5
    Sähköinen ISBN978-952-6682-11-2
    TilaJulkaistu - 2014
    OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

    • yhden elektronin ilmiöt
    • kvanttimetrologia
    • Andreev-tunnelointi
    • kvasipartikkelieksitaatiot suprajohteissa

    Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Andreev-tunnelointi ja kvasipartikkelieksitaatiot mesoskooppisissa normaali metalli - suprajohde -rakenteissa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä