Transport of interacting particles through a flat Bloch band: superconductivity and all-optical switching

Julkaisun otsikon käännös: Vuorovaikuttavien hiukkasten kuljetusilmiöt litteillä energiavöillä: suprajohtavuus ja täysin optinen kytkentä

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Kvanttimekaanisen interferenssin seurauksena hiukkaset voivat jäädä loukkuun niin sanottuihin lokalisoituneisiin tiloihin. Hilamallien tapauksessa nämä tilat muodostavat litteiksi vöiksi kutsuttuja energiavöitä, joilla hiukkasten energia ei riipu hilaliikemäärästä. Litteät vyöt ovat lupaavia korkean lämpötilan suprajohtavuuden saavuttamista ajatellen, ja ne voivat tarjota uusia elektroniikan ja fotoniikan sovelluksia esimerkiksi signaalinkäsittelyyn. Tässä väitöskirjatyössä tutkitaan litteän vyön tilojen kuljetusilmiöitä suprajohtavuuden ja fotonisten systeemien tapauksissa teoreettisin keinoin. Suprajohtavaa kuljetusta tarkastellaan kahden elektrodin koeasetelmalla, jossa systeemiin liitettävät supra- tai normaalijohtavat elektrodit aikaansaavat virran sen läpi. Työssä esitellään myös lokalisoituneisiin tiloihin perustuva täysin optinen fotonikytkin.Väitöskirja koostuu johdannosta sekä kolmesta julkaisusta. Johdannossa esitellään työn taustalla olevaa teoriaa, aikaisempaa tutkimusta sekä työssä käytettyjä menetelmiä. Julkaisujen keskeisistä tuloksista tehdään yhteenveto sekä pohditaan niiden avaamia uusia tutkimussuuntia ja tieteellistä merkitystä. Julkaisussa I ja II tutkitaan vuorovaikuttavien hiukkasten kuljetusta litteän vyön tilojen kautta kahden elektrodin välillä. Hiukkasten välisiä vuorovaikutuksia kuvataan Fermi-Hubbardin mallilla, ja ne otetaan huomioon keskeiskenttäteorian tasolla. Hiukkasvirta määritetään epätasapainotilan Greenin funktioiden menetelmällä. Julkaisussa I tarkastellaan systeemiä tasapainotilassa, jolloin Josephsonin ilmiö voi aiheuttaa supravirran kahden suprajohtavan elektrodin välille. Tutkimuksessa havaitaan, että vuorovaikuttavat litteän vyön tilat voivat kuljettaa Josephsonin virtaa. Havaittu kriittinen Josephsonin virta sekä suprajohtava kriittinen lämpötila ovat suoraan verrannollisia vuorovaikutusvoimakkuuteen. Julkaisussa II puolestaan tarkastellaan epätasapainotilannetta, jossa systeemiin kytkettyjen elektrodien välillä on jännite. Osoittautuu, että eri kuljetuskanavista ainoastaan Josephsonin ilmiö kuljettaa virtaa, kun taas erilaiset kvasihiukkaskanavat, kuten suora kuljetus ja Andreevin heijastus, eivät kuljeta hiukkasia. Toisin sanoen supravirtaa kuljettavat Cooperin parit pääsevät liikkumaan, kun taas muita kuljetuskanavia käyttävät kvasihiukkaset jäävät loukkuun litteän vyön tiloihin. Julkaisussa III esitellään lokalisoituneisiin tiloihin perustuva täysin optinen kytkin, joka mahdollistaa yksittäisestä fotonista koostuvan signaalin kytkennän yhtä fotonia käyttäen. Kytkentä tapahtuu kvanttirajalla eli pienimmällä mahdollisella energialla. Esiteltyä kytkentäperiaatetta ja sen toimintaa havainnollistetaan käyttäen yksinkertaisia malleja, joissa fotonit vuorovaikuttavat Bose-Hubbardin mallin mukaisesti. Kytkin toimii myös pienillä vuorovaikutusenergioilla ilman alarajaa. Julkaisussa ehdotetaan myös erilaisia tapoja toteuttaa kytkin kokeellisesti.
Julkaisun otsikon käännösVuorovaikuttavien hiukkasten kuljetusilmiöt litteillä energiavöillä: suprajohtavuus ja täysin optinen kytkentä
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Törmä, Päivi, Vastuuprofessori
  • Peotta, Sebastiano, Ohjaaja
  • Salerno, Grazia, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-1643-4
Sähköinen ISBN978-952-64-1644-1
TilaJulkaistu - 2024
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • suprajohtavat kuljetusilmiöt
  • täysin optinen kytkentä
  • litteä vyö
  • Hubbardin malli
  • epätasapainotilan Greenin funktiot

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Vuorovaikuttavien hiukkasten kuljetusilmiöt litteillä energiavöillä: suprajohtavuus ja täysin optinen kytkentä'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä