Fast thermometry and energy relaxation measurements on metallic calorimeters

Julkaisun otsikon käännös: Nopea lämpötilan määritys sekä energiarelaksaatiomittaukset metallisissa kalorimetreissä

Klaara Viisanen

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Saavuttaaksemme paremman ymmärryksen kvantti-informaatioteknologiassa hyödynnettävistä ilmiöistä ja komponenteista, on yksittäisten fotonien resoluutiolla toimivien mikroaaltofotoni-ilmaisinten kehittäminen olennainen haaste. Sopivien havaintolaitteiden puutteen vuoksi on erityisesti kvanttitermodynamiikka pysynyt vahvasti teoriaan keskittyneenä alana. Tässä väitöskirjassa esitetään ensimmäiset askeleet herkän, yksittäisiä siirtolinjassa kiertäviä mikroaaltofotoneja havaitsevan anturin kehittämisessä. Laite on kooltaan mesoskooppinen, ja se voidaan kytkeä suprajohtaviin piireihin. Termiset detektorit - joita kehitämme tässä työssä - ja atomin kaltaiset systeemit ovat yleisimmin käytettyjä, toisiaan täydentäviä ilmaisimia. Termisessä anturissa havaitun fotonin energia siirtyy laitteen absorbaattoriin, aiheuttaen siinä nopean, havaittavan suuruisen lämpötilan nousun. Prosessin aikana fotoni menetetään, mikä voidaan välttää atomin kaltaisia laitteita käyttäessä. Etuna termisessä havaintomallissa on se, että valitsemalla sopiva absorbaattorimateriaali, voidaan toteuttaa laajakaistainen, keskeytyksettä toimiva, yksittäisiä fotoneja erottava mittaus. Käytämme absorbaattorina metallista nanolankaa, jossa fotonien energia siirtyy metallin elektronikaasuun, ja langan fononit toimivat lämpönieluna. Ohminen absorbaattori on maadoitettu suprajohtavan langan välityksellä ja kytketty tunneliliitoksen kautta toiseen suprajohtavaan lankaan. Määritämme langan elektronilämpötilan liitoksen differentiaalisen vastuksen avulla. Herkän fotoni-ilmaisimen rakentamiseksi on tärkeää, että absorbaattorin lämpökapasiteetti on pieni. Nanorakenteiden suuren pinta-ala/tilavuus suhteen vuoksi niiden ominaisuudet voivat poiketa odotetuista. Olemme mitanneet termistä relaksaatiota Ag- ja Cu-nanolangoissa alle kelvinin lämpötiloissa, ja havainneet, että Cu-langoissa relaksaatio on jopa kymmenen kertaa odotettua hitaampi. Mitattu tulos voi johtua suuren lämpökapasiteetin lisäksi myös höyrystetyn kuparin rakeisen rakenteen aiheuttamasta hitaasta termalisoitumisesta.
Julkaisun otsikon käännösNopea lämpötilan määritys sekä energiarelaksaatiomittaukset metallisissa kalorimetreissä
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Pekola, Jukka, Vastuuprofessori
  • Peltonen, Joonas, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-0049-5
Sähköinen ISBN978-952-64-0050-1
TilaJulkaistu - 2020
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • mesoskooppiset sähköiset piirit
  • lämpömittarit
  • tunneliliitokset
  • kalorimetrit
  • terminen relaksaatio
  • lämmönjohtavuus

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Nopea lämpötilan määritys sekä energiarelaksaatiomittaukset metallisissa kalorimetreissä'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä