Abstrakti
Suprajohtavuus perustuu siihen, että elektronit muodostavat Cooperin pareja. Niiden ansiosta suprajohteessa voi kulkea sähkövirta ilman vastusta ja suprajohde hylkii magneettikenttiä Meissnerin ilmiössä. Suprajohtavista komponenteista voidaan rakentaa kvanttimekaniikan lakeja noudattavia virtapiirejä, joita tutkitaan esimerkiksi kvanttitietokoneiden rakennuspalikoina. Monien suprajohtavien laitteiden toimintaa kuitenkin rajoittaa se, että niissä esiintyy parittomia elektroneja, joita kutsutaan kvasihiukkaseksitaatioiksi.
Tässä väitöskirjassa tutkitaan näitä epätasapainokvasihiukkasia mesoskooppisissa suprajohteissa hyödyntämällä yhden elektronin transistoreihin perustuvia varausilmaisimia. Väitöskirjan ensimmäisessä osassa käsitellään suprajohtavuuteen ja Coulombin saartoon liittyvää teoriaa sekä aiempaa tutkimusta epätasapainokvasihiukkasista. Sen jälkeen esitellään työssä käytetyt näytteenvalmistus- ja mittausmenetelmät, kuten väitöskirjassa kehitetty tapa valmistaa korkealaatuisia tunneliliitoksia epitaksiaalisen alumiinikerroksen ympäröimiin puolijohdenanolankoihin, sekä uusi menetelmä, jolla voidaan selvittää esimerkiksi elektronien tunneloitumisesta syntyvän satunnaissignaalin parametrit.
Väitöskirjan seuraavassa osassa keskitytään yhden elektronin transistoreiden käyttöön varausilmaisimina. Työssä on parannettu käytettyä mittalaitteistoa integroimalla siihen erittäin matalakohinainen Josephson-liitoksiin perustuva ns. parametrivahvistin. Varausilmaisimien sovelluksena stokastisen termodynamiikan tutkimukseen määritetään kokeellisesti, kuinka paljon yli vapaan energian erotuksen voidaan saada irti työtä yhden elektronin loukusta. Toisessa kokeessa mitataan kahden normaalimetallisen saarekkeen varaustilaa reaaliajassa, ja havaitaan miten Cooperin parin lomittuneet elektronit jakaantuvat eri saarekkeille.
Lopuksi esitellään työn epätasapainokvasihiukkasiin liittyvät päätulokset. Osoitamme, että joissain tilanteissa kvasihiukkaset syntyvät pääasiallisesti käytetyn varausdetektorin aiheuttamina ja että tämä tapahtuu todennäköisesti epätasapainofononien välityksellä. Seuraavaksi näytämme, miten mesoskooppista suprajohdesaareketta voidaan käyttää mittaamaan Cooperin parien hajoamisnopeutta tavalla, joka ei vaadi saarekkeen parametrien tarkkaa tuntemista tai kalibrointia. Viimeiseksi osoitamme mittaamalla tällaisen saarekkeen varaustilaa reaaliajassa, että jopa sekuntien pituisin jaksojen aikana saarekkeella ei ole yhtäkään kvasihiukkasta. Tämä on viisi suuruusluokkaa pidempi kuin kvanttibittien operaatioihin kuluva aika. Tässä kokeessa Cooperin parien hajoamisnopeus laski useiden viikkojen ajan, mikä sulkee pois kaikki aiemmin esitetyt epätasapainokvasihiukkasten aiheuttajat.
Julkaisun otsikon käännös | Yksittäisten epätasapainokvasihiukkasten laskeminen suprajohteessa |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-64-0457-8 |
Sähköinen ISBN | 978-952-64-0458-5 |
Tila | Julkaistu - 2021 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- suprajohde
- kvasihiukkanen
- yhden elektronin transistori
- varausdetektori
Sormenjälki
Sukella tutkimusaiheisiin 'Yksittäisten epätasapainokvasihiukkasten laskeminen suprajohteessa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.Laitteet
-
-
OtaNano – Kylmälaboratorio
Savin, A. (Manager) & Rissanen, A. (Other)
OtaNanoLaitteistot/tilat: Facility
-