Suprajohtavuus geometrisesti ja topologisesti epätriviaaleissa hilamalleissa

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Tässä väitöskirjatyössä tutkitaan teoreettisesti fermioneiden suprajohtavuutta kaksiulotteisissa Hubbardin hilamalleissa. Realistisia hilasysteemejä on atomien valtavien lukumäärien takia mahdotonta mallintaa tarkasti, sen sijaan Hubbardin malli on eräs yksinkertaisimmista monen kappaleen kvanttimalleista, jossa voi esiintyä fysikaalisesti merkittäviä ilmiöitä, kuten suprajohtavuutta, magnetismia ja topologista järjestystä. Hubbardin mallit ovat tärkeitä myös, koska niitä voidaan kokeellisesti tutkia ultrakylmien atomi- tai molekyylikaasujen avulla. Väitöskirjan ensimmäisessä osassa käydään läpi suprajohtavuuden teoreettista taustaa keskeiskenttäteorian ja lineaarisen vasteteorian tasolla. Ensimmäisessä osassa keskitytään erityisesti niin kutsuttuun supranestepainoon, joka mahdollistaa suprajohteiden tärkeimmät fysikaaliset ominaisuudet eli Meissnerin efektin ja häviöttömän virran olemassaolon. Lisäksi käydään läpi supranestepainon yhteys Berezinskii-Kosterlitz-Thouless-transitioon, joka kertoo, missä lämpötilassa suprajohteen järjestysparametrin termiset fluktuaatiot tuhoavat aineen suprajohtavuuden. Työn toisessa osassa esitellään väitöskirjatyön päätulokset. Eräs tärkeimmistä tuloksista on se, että suprajohtavuus hilamalleissa, joissa on yksi tai useampi niin kutsuttu tasainen Blochin energiavyö, voi olla hyvin iso ja seurausta Bloch-tilojen geometrisista ominaisuuksista. Sen sijaan perinteisissä dispersiivisissä energiavyörakenteissa supranestetiheys riippuu hiukkasten efektiivisestä massasta eli energiavyön dispersiosta eikä niinkään Blochin tiloista. Julkaisussa I tutkittu Lieb-hila mahdollistaa tasaisten ja dispersiivisten vöiden suprajohtavuuksien suoran vertailun, sillä Lieb-hilassa on yksi tasainen ja kaksi dispersiivista energiavyötä. Lieb-hilaan liittyvät tulokset osoittavat, kuinka suprajohtavuus on tasaisen vyön tapauksessa vakaampi kuin dispersiivisten vöiden tapauksessa ja kuinka tasaisen vyön supranestetiheys käyttäytyy epämonotonisesti vuorovaikutuksen funktiona. Tämä epämonotonisuus pitäisi olla periaatteessa kokeellisesti havaittavissa. Tasaisten vöiden suprajohtavuutta tutkittiin myös Julkaisussa III, jossa tutkittava hilasysteemi oli kaksi toisiinsa nähden kierrettyä grafeenilevyä (eng. twisted bilayer graphene, TBG). Koska vuorovaikutusmekanismia ei TBG:n tapauksessa tiedetä, työssä tutkittiin sekä paikallisia että ei-paikallisia vuorovaikutusmekanismeja. TBG-tulokset osoittavat, että vuorovaikutusmekanismista riippumatta TBG-systeemien suprajohtavuus määrittyy kvanttitilojen geometristen ominaisuuksien mukaan, mutta supranestepaino on kvalitatiivisesti erilainen kahdelle vuorovaikutusmekanismille. Tämä tulos voisi periaatteessa auttaa kokeellisesti karakterisoimaan vuorovaikutusmekanismia. Väitöskirjatyössä tutkittiin myös eksoottisia Fulde-Ferrell (FF)-supranestefaaseja. Julkaisussa II osoitettiin, että FF-tiloja voidaan stabiloida spin-ratavuorovaikutuksella (SOC) ja lisäksi että topologisia FF-tiloja voidaan havaita ääreellisissä lämpötiloissa.
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Törmä, Päivi, Valvoja
  • Törmä, Päivi, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-8854-9
Sähköinen ISBN978-952-60-8855-6
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • suprajohtavuus
  • Hubbardin malli
  • topologia
  • hila

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Suprajohtavuus geometrisesti ja topologisesti epätriviaaleissa hilamalleissa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

  • Laitteet

    Science-IT

    Mikko Hakala (Manager)

    Perustieteiden korkeakoulu

    Laitteistot/tilat: Facility

  • Siteeraa tätä