Hiilinanoputkista ja grafeenista valmistetut nanomekaaniset ja suprajohtavat sensorit

Pasi Häkkinen

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Tämä väitöskirja koostuu matalissa lämpötiloissa hiilinanoputkilla, grefeenilla ja nano-mekaanisilla resonaattoreilla tehdyistä kokeista. Tarkastelemme myös molekyylien itsejärjestäytymistä grafeenin pinnalla. Väitöskirjan pääpaino on hiilinanoputkilla tehdyissä varauksen havainnointimittauksissa. Yksielektronitransistorit ja kvanttipisteet ovat herkimpiä tunnettuja varausmittareita. Niiden toiminta perustuu Coulombin saartoon, jonka seurauksena laitteen johtavuus on herkkä sen ympäristössä tapahtuville elektronin murto-osaa vastaaville muutoksille. Tutkimme kuinka ripustetuille yksiseinämäisille nanoputkille tyypillinen voimakas kytkeytyminen elektronien tunneloitumisen ja mekaanisen liikkeen välillä vaikuttaa niiden varausherkkyytteen. Tarkastelumme osoittaa, että mekaanisesta värähtelystä aiheutuvat muutokset ripustetun nanoputkikvanttipisteen johtavuudessa voivat parantaa varausherkkyyttä. Tulos vastaa parhaiden metallisten radiotaajuusyksielektronitransistorien herkkyyttä. Toisessa nanoputkikokeessa tutkimme kuinka suprajohtavilla kontakteilla varustettu moniseinämäinen hiilinanoputki toimii varausmittarina, kun se kytketään suoraanaaltojohtimeen. Näytämme, että suprajohtavan läheisilmiön vaikutuksesta, nanoputki toimii herkkänä laajakaistaisena varausmittarina. Kokeet mekaanisilla resonaattoreilla keskittyvät yksiseinämäisten nanoputkien epälineaarisiin ominaisuuksiin ja päistäripustettujen alumiininanolankojen värähtelyn mittaamiseen. Havaitsimme, että tunneloitumisen ja mekaanisen liikkeen välinen kytkentä mahdollistaa nanoputkien kuutiollisen konservatiivisen epälineaarisuuskäytöksen minimoin-nin, jonka seurauksena suuren amplitudin liike rajoittuu viidennen asteen konservatiivisen epälineaarisuuden vaikutuksesta. Kokeessa, jossa tarkastelimme alumiininanolankojen kytkeytimistä liikettä mittaavaan LC-piiriin, havaitsimme lukuherkkyyden paranevan, kun näytteet valmistetaan kohdistetun ionisuihkun avulla. Väitöskirjassa esitetään myös kaksi grafeenilla tehtyä koetta. Toisessa osoitimme, että suprajohtavan läheisilmiön ansiosta grafeenia voidaan käyttää lämpömittarina kryogeenisissa olosuhteissa. Tutkimme samalla laitteella epäelastista elektroni-elektroni vuorovaikutusta grafeenissa suprajohtavuutta käyttäen. Vuorovaikutuksen havaittiin olevan kaksi kertaluokkaa voimakkaampi, kuin vastaavalle kaksiulotteiselle systeemille oli odotettu.Lopuksi, tutkimme koboltti ftalosyaninimolekyylien itsejärjestäytymistä grafeenin pinnalla. Tulokset osoittavat, että boorinitridin pinnalla olevalle grafeenille järjestäytyneet molekyylit mahdollistavat grafeenin altistamisen kontrolloidulle periodiselle potentiaalille tai seostamisen epäpuhtauksilla.
Julkaisun otsikon käännösHiilinanoputkista ja grafeenista valmistetut nanomekaaniset ja suprajohtavat sensorit
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Hakonen, Pertti, Vastuuprofessori
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7291-3
Sähköinen ISBN978-952-60-7290-6
TilaJulkaistu - 2017
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • hiilinanoputki
  • grafeeni
  • elektrometri
  • termometri
  • itsejärjestäytyminen

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Hiilinanoputkista ja grafeenista valmistetut nanomekaaniset ja suprajohtavat sensorit'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä