Kvasipartikkelien kuljetuksen hallinta hilajännitteellä nanomittakaavan suprajohde-normaalimetalli-hybridirakenteissa

Olli-Pentti Saira

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Metallisessa johtimessa kulkeva sähkövirta syntyy vapaiden johtavuuselektronien liikkeestä verrattain liikkumattomien ionien muodostamassa hilassa. Arkipäiväisen sähkölaitteen käyttämä 1 ampeerin virta vastaa noin 6*10exp18 elektronin virtausta sekunnissa. Tässä väitöskirjassa on tutkittu kokeellisesti ja teoreettisesti metallisia nanorakenteita, joissa sähkövarauksen mittaaminen ja liikuttelu eri johtimien välillä on mahdollista yksittäisen elektronin tarkkuudella. Ennen tätä väitöskirjaa yksielektroni-ilmiöitä ei ollut tutkittu kattavasti suprajohteita (S) ja normaalimetalleja (N) sisältävissä niin sanotuissa hybridirakenteissa. Monet väitöskirjan tuloksista koskevat SINIS-tyypin yksielektronitrasistoria. Tämä rakenne koostuu suprajohtavista lähde- ja nieluelektrodeista sekä niiden välissä olevasta normaalimetallisesta saarekkeesta, joka on kytketty elektrodeihin tunneliliitoskontakteilla (I). Coulombin saarroksi kutsutun ilmiön vuoksi alkeisvarauksen murto-osan suuruiset muutokset SINIS-transistorin hilavarauksessa voivat aiheuttaa merkittävän muutoksen transistorin sähkö- ja lämpövirrassa. Väitöskirjaan kuuluvissa kokeissa havaittiin monia fysikaalisia ilmöitä SINIS-transistoreissa ensimmäistä kertaa: Osoitimme, että transistorin normaalimetalliin kohdistuvaa jäähdytystehoa voidaan säätää muuttamalla transistorin hilavarausta. Demonstroimme myös SINIS-transistorin käytön elektronien kääntöporttina, jonka läpi kulkeva sähkövirta on alkeisvarauksen ja ulkoisen ajotaajuuden tulo. Kääntöporttia, joka toteuttaa tämän taajuus-virta-riippuvuuden riittävän tarkasti, voitaisiin käyttää tulevaisuudessa sähköisten suureiden metrologiassa. Tärkeänä mittausteknisenä edistysaskeleena väitöskirjassa näytetään kokeellisesti, että yksittäisten elektronien tunneloiminen normaalimetallin ja suprajohteen välillä voidaan havaita reaaliajassa kapasitiivisesti kytketyllä yksielektronitransistorilla. Yksittäisten alkeisvarausten laskeminen mahdollistaa alle 1 attoampeerin sähkövirtojen mittaamisen, mikä on mahdotonta perinteisellä huoneenlämpötilassa toimivalla elektroniikalla. Selvittämällä elektronien tunnelointitapahtumien taajuuden saimme tietoa korkeataajuisten mikroaaltojen sekä niin sanottujen epätasapainokvasipartikkelien kytkeytymisestä mitattuihin näytteisiin. Lisäksi määritimme jakauman lämpömäärälle, joka dissipoituu, kun metallisen saarekkeen varausta muutetaan yhdellä alkeisvarauksella käyttämällä ulkoista hilaelektrodia.
    Julkaisun otsikon käännösKvasipartikkelien kuljetuksen hallinta hilajännitteellä nanomittakaavan suprajohde-normaalimetalli-hybridirakenteissa
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Pekola, Jukka, Vastuuprofessori
    • Möttönen, Mikko, Ohjaaja
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-3628-1
    Sähköinen ISBN978-952-60-5076-8
    TilaJulkaistu - 2013
    OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

    • tunneliliitokset
    • Coulombin saarto
    • elektronien kuljetusilmiöt
    • suprajohtavuus
    • kvasipartikkelit suprajohteissa
    • epätasapainotermodynamiikka

    Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Kvasipartikkelien kuljetuksen hallinta hilajännitteellä nanomittakaavan suprajohde-normaalimetalli-hybridirakenteissa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä