Abstrakti
Topologiset materiaalit ovat viimeisten kolmen vuosikymmenen aikana nousseet yhdeksi aktiivisimmista tutkimuskentistä kondensoituneen aineen fysiikassa. Topologian rooli näiden materiaalien ominaisuuksien määräytymisessä on perustavanlaatuisesti muuttanut ymmärrystämme siitä, miten materian perusosaset järjestyvät tuottaessaan eri aineen olomuotoja. Topologisissa materiaaleissa topologia ilmenee reunatiloina ja eksoottisina kvasihiukkasina, joiden erityislaatuisien ominaisuuksien ennustetaan tuottavan monenlaisia teknologisia sovelluksia.
Tässä väitöskirjassa olen tutkinut topologista suprajohtavuutta, missä ennustetaan esiintyvän lokalisoituneita Majorana-eksitaatioita. Nämä Majorana-kvasihiukkaset rikkovat tavanomaisen jaottelun bosoneihin ja fermioneihin, sillä ne noudattavat niin kutsuttua epäabelista kvanttistatistiikkaa. Täten Majorana-hiukkaset edustavat perustavanlaatuisella tavalla aivan uudenlaista fysiikkaa. Lisäksi Majorana-hiukkasia visioidaan käytettävän topologisesti suojatussa kvanttilaskennassa, millä on toteutuessaan kauaskantoisia vaikutuksia tietojenkäsittelylle. Näistä syistä Majorana-tilojen kokeellinen havaitseminen on eräs ajankohtaisimmista tavoitteista kondensoituneen aineen fysiikassa tällä hetkellä.
Tässä väitöskirjassa tutkitut systeemit koostuvat magneettisista atomirakenteista suprajohteen päällä. Julkaisut I ja II käsittelevät lokalisoituneita Majorana-tiloja atomiketjuissa. Julkaisussa I osoitimme muun muassa, että toisiinsa kytkeytyneissä ketjuissa Majorana-tiloja löytyy laajemmalta parametrialueelta kuin erillisissä ketjuissa. Julkaisussa II osoitettiin, että supravirran avulla on mahdollista kontrolloida siirtymää topologisen ja triviaalin faasin välillä.
Julkaisusuissa III ja IV osoitimme, että kaksiulotteiset atomihilat toteuttavat px+ipy-suprajohtavuuden yleistyksen ja siten nämä systeemit ovat mielenkiintoinen lisä epätavanomaisten suprajohteiden listaan. Systeemin mosaiikkimainen faasidiagrammi on seurausta pitkän kantaman elektronihyppäyksestä. Kahdessa ulottuvuudessa Majorana-tilat kulkevat pitkin hilan reunoja ja niiden lukumäärän määrää topologinen invariantti nimeltä Chernin luku. Ennustimme että tyypillisissä materiaaleissa Chernin luku voi olla hyvin suuri. Suurilla Chernin luvuilla varustettujen topologisten faasien runsas määrä asettaa tutkitun systeemin yhdeksi monipuolisimmista tähän mennessä löydetyistä topologisista materiaaleista. Koska kaksiulotteisten atomihilarakenteiden kokeellinen tutkimus on jo suunnitteilla, tutkittu systeemi on lupaava alusta topologisten faasien tutkimukselle.
Julkaisun otsikon käännös | Topologinen suprajohtavuus magneettisissa atomihiloissa |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-60-6851-0 |
Sähköinen ISBN | 978-952-60-6852-7 |
Tila | Julkaistu - 2016 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli) |
Tutkimusalat
- topologiset materiaalit
- topologinen suprajohtavuus
- Majorana-tilat