Väitös teknillisen fysiikan alalta, DI Emma Mykkänen

Diplomi-insinööri Emma Mykkänen väittelee perjantaina 30.11.2018 klo 12 Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulussa salissa T2, Konemiehentie 2, Espoo. Väitöskirjassa "From quantum metrology to applications" tutkittiin kvanttifysiikkaan perustuvien mittanormaalien toteuttamista virralle ja lämpötilalle. Lisäksi kehitettiin laitteita, jotka liittyvät tähän tutkimukseen tai ovat sen mahdollistajia.

Kansainvälisen mittayksikköjärjestelmän (SI) on tarkoitus muuttua luonnonvakiopohjaiseksi vuoden 2019 maaliskuussa ja tämä muutos tarvitsee avukseen uusia primäärisiä mittanormaaleja, eli laitteita, jotka tuottavat tai mittaavat suureen arvon ilman, että niitä tarvitsee kalibroida toista saman suureen toteutusta vastaan. Tässä väitöskirjassa tutkittiin kvanttifysiikkaan perustuvia laitteita, jotka voisivat toimia primäärisinä mittanormaaleina ja joilla pystyy tuottamaan virtaa tai mittaamaan lämpötilaa siten, että tulokset ovat verrannollisia luonnonvakioihin. Lisäksi kehitettiin sovelluksia, jotka mahdollistavat edellisten laitteiden toiminnan tai perustuvat samaan fysiikkaan.

Mittanormaalien on kyettävä olemaan luotettavia ja tämä pystytään varmistamaan vertaamalla niitä nykyiseen mittayksikköjärjestelmään tai toisiin primäärisiin mittanormaaleihin. Näillä kahdella metodilla tutkittiin tunneliliitoksiin ja Coulombin saartoon perustuvan lämpömittarin (CBT) toimintaa lämpötiloissa 20 mK - 200 mK. Virran kvanttimittanormaalin kehittämisessä otettiin sen sijaan hyppy uuteen suuntaan ja tutkittiin mahdollisuutta toteuttaa se kvanttivaihehyppyjen avulla uudessa materiaalissa: molybdeenisilisidissä.

Tunneliliitoksia hyödynnettiin myös kahdessa sovelluksessa: kohinaspektrianalysaattorissa ja jäähdyttimessä. Jäähdytintutkimuksessa perehdyttiin lämmönsiirtoon: vaikka samanlaisia jäähdyttimiä on tehty ennenkin, tässä työssä demonstroitiin ensimmäisen kerran tällaisessa laitteessa näin selvästi, että sama liitos voi toimia sekä jäähdyttimenä että esteenä lämpövirran kulkeutumiselle.

Vastaväittäjä: professori Alexander Tzalenchuk, National Physics Laboratory, ja Royal Holloway, University of London, UK

Kustos: professori Jukka Pekola, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos