Abstrakti
Nykyisin voidaan rutiininomaisesti aikaansaada lämpötiloja 0,1 kelvinin alapuolella. Tekniikat näiden lämpötilojen saavuttamiseksi pohjautuvat joko heliumin harvinaisen ja kalliin isotoopin sekoittamiseen heliumin yleisemmän isotoopin kanssa (laimennusjäähdytin) tai paramagneettisen suolan adiabaattiseen demagnetisointiin (ADR). Nämä tekniikat ovat vakiinnuttaneet asemansa, mutta ovat liian monimutkaisia käyttöön erikoistuneiden laboratorioiden ulkopuolella. Tutkimus tässä väitöskirjassa liittyy lupaavaan sähköiseen vaihtoehtoon näille tekniikoille: normaalimetalli-eriste-suprajohde (NES) liitoksiin.
Yksi suprajohteen määrittävistä tekijöistä on aukko sen elektronien tilatiheydessä. Tämän ominaisuuden takia suprajohde voi toimia energiasuodattimena elektroneille. Kun sopiva jännite asetetaan NES liitoksen yli, normaalimetalliosa jäähtyy tämän suodatusefektin johdosta. NES liitosten jäähdytysominaisuudet osoitettiin kokeellisesti jo kaksi vuosikymmentä sitten. Tällöin niillä saavutettiin noin pikowatin jäähdytysteho. Nykyisin ollaan päästy muutamiin satoihin pikowatteihin.
Tämä työ jakautuu kolmeen osa-alueeseen, jotka kaikki liittyvät NES-liitoksiin. Ensinnäkin tutkimme kuinka NES-liitoksilla voidaan jäähdyttää yksi- ja kaksiulotteisia hilarakenteita. Yksiulotteisen hilan (palkin) jäähdyttäminen taas voisi auttaa NES-jäähdytystekniikkaa yleistymään. Sähköisesti jäähdytetty kalvo tarjoaisi alustan, jolle esimerkiksi säteilynilmaisimia tai suprajohtavaa elektroniikkaa voitaisiin integroida.
Toiseksi tutkimme NES-jäähdytyksen rajoittavia tekijöitä. Kun toinen puoli liitoksesta (normaalimetalli) jäähtyy, toinen puoli (suprajohde) lämpiää moninkertaisella teholla. Tämä lämmitysteho voi heikentää suprajohtavia ominaisuuksia ja lämmittää hilarakennetta liitoksen lähellä. Nämä ilmiöt alentavat liitoksen jäähdytystehoa ja ovat yksi vakavimmista esteistä NES liitosten jäähdytystehon kasvattamiselle. Tutkimme näitä efektejä sekä kokeellisesti että numeerisesti.
Kolmanneksi tutkimme piin jäähdyttämistä suprajohtavilla tunneliliitoksilla. Tällaisissa suprajohde-puolijohde liitoksissa NES liitoksen normaalimetalliosa on korvattu korkeasti seostetulla puolijohteella. Erityisesti tutkimme miten piin hilarakenteeseen kohdistuva jännitys vaikuttaa piin elektroni-fononi vuorovaikutukseen, ja näin ollen jäähdytykseen näissä rakenteissa.
Julkaisun otsikon käännös | Jäähdytys ja lämmönjohtuminen matala-ulotteisissa hilasysteemeissä, suprajohteissa ja piissä |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-60-4669-3 |
Sähköinen ISBN | 978-952-60-4670-9 |
Tila | Julkaistu - 2012 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- tunneliliitokset
- suprajohtavuus
- jäähdytys
- lämmönjohtuminen
- elektronifononi vuorovaikutus