Nanoelectromechanical resonators and nanoconfinement in quantum fluids

Julkaisun otsikon käännös: Nanoelektromekaaniset värähtelijät ja nanorajoitetut geometriat kvanttinesteissä

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Nykyaikaiset nanovalmistusmenetelmät ovat vieneet monia fysiikan aloja eteenpäin. Eritoten, uusia helium-3 supranesteen olomuotoja on hiljattain löydetty  geometrioista, jotka muovaavat kyseisen topologisen supranesteen järjestysparametria nanometrien mittaluokassa. Näiden uusien olomuotojen ominaisuuksien kartoittaminen vaatii tarkkoja mittauksia. Hiljattain, myös nanovalmistetut anturit ovat rantautuneet helium-4 supranesteen tutkimukseen. Ne ovat lupaavia työkaluja, joilla voidaan tutkia esimerkiksi kvantittuneiden virtauspyörteiden nopeaa dynamiikkaa. Nanoelektromekaanisten värähtelijöiden käyttö supranesteissä on haastavaa useista syistä, mukaan lukien akustiset energiahäviöt, vuorovaikutus läheisten pintojen kanssa, epälineaarisuus, sekä laitteen ja nesteen välisten vuorovaikutusten ymmärtäminen näissä laitteissa. Tässä väitöskirjassa kehitetään matalataajuuksisia nanoelektromekaanisia värähtelijöitä helium-4 ja helium-3 supranesteiden tutkimukseen. Alumiiniset laitteet valmistetaan substraatissa olevan aukon päälle pintojen vaikutuksen vähentämiseksi. Laitteiden ominaisuudet kartoitetaan tyhjiössä, helium-4 kaasussa sekä helium-4 supranesteessä. Työssä saavutetaan hyvä ymmärrys laitteiden sisäisistä ominaisuuksista, kuten tunneloituvista kaksitasosysteemeistä. Kokeellisesti todetut laitteen ja nesteen väliset vuorovaikutukset ovat sopusoinnussa makroskooppisen kokoisille laitteille johdettujen teorioiden kanssa. Tutkimme myös helium-3 supranesteen polaarifaasia ydinmagneettisen resonanssispektroskopian avulla. Polaarifaasi saavutetaan täyttämällä lähes samansuuntaisista säikeistä koostuva nanomateriaali helium-3 supranesteellä. Näytämme, että polaarifaasi on vakaa epämagneettista epäpuhtaussirontaa vastaan Andersonin teoreeman laajennuksen ansiosta, vaikka kyseessä on epätavanomainen p-aalto -tila, jolla on suuntariippuva energia-aukko. Varmistamme kokeellisesti polaarifaasin energia-aukon lämpötilariippuvuuden, joka on suora seuraus Diracin noodiviivasta. Säikeet sitovat kvantittuneita virtauspyörteitä voimakkaasti, joka mahdollistaa faasitransitiossa syntyneiden virtauspyörteiden määrän mittaamisen. Osoitamme, että Kibble-Zurek menetelmällä syntyneiden virtauspyörteiden määrää voidaan vähentää magneettikentän avulla, tarjoten oikotien adiabaattisuuteen tässä systeemissä. Löydetyt nanomekaanisten värähtelijöiden ominaisuudet auttavat uusien laitteiden suunnittelussa.  Laitteiden ja nesteiden välisten vuorovaikutusten ymmärrys uurtaa uraa tuleville mittauksille, esimerkiksi pyörteiden dynamiikkaan liittyen. Helium-3 supranesteessä pyörteiden dynamiikan tutkimus mahdollistaa pyörteiden ytimeen sidottujen tilojen kuten Majorana fermionien tutkimisen. Tulevaisuudessa nanomekaaniset värähtelijät ja rajoitetut nanogeometriat voidaan yhdistää, joka mahdollistaisi esimerkiksi synteettisten gravitaatio- ja elektromagnaattisten kenttien tutkimisen.
Julkaisun otsikon käännösNanoelektromekaaniset värähtelijät ja nanorajoitetut geometriat kvanttinesteissä
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Hakonen, Pertti, Vastuuprofessori
  • Eltsov, Vladimir, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-1200-9
Sähköinen ISBN978-952-64-1201-6
TilaJulkaistu - 2023
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • supraneste
  • kvantittunut virtauspyörre

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Nanoelektromekaaniset värähtelijät ja nanorajoitetut geometriat kvanttinesteissä'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä