Tapahtumat

Väitös teknillisen fysiikan alalta, DI Kukka-Emilia Huhtinen

Suprajohtavuus tasaisilla energiavöillä

Väitöskirjan nimi: Superconductivity and normal state properties in flat bands

Vastaväittäjä: professori Kristjan Haule, Rutgers University, Yhdysvallat
Kustos: professori Päivi Törmä, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Väitöskirja on julkisesti nähtävillä 10 päivää ennen väitöstä Aalto-yliopiston julkaisuarkiston verkkoriiputussivulla.

Elektroninen väitöskirja

Väitöstiedote:

Suprajohtavuus on ilmiö, jossa sähkövirta kulkee häviöttömästi. Suprajohtavuuden hyödyntäminen eri aloilla mahdollistaisi merkittäviä energiansäästöjä, mutta ilmiö esiintyy vain hyvin matalassa lämpötilassa tai korkeassa paineessa. On ennustettu, että suprajohdavuuden kriittistä lämpötilaa voitaisiin mahdollisesti kasvattaa hyödyntämällä tasaisilla energiavöillä olevien hiukkasten ominaisuuksia. Tasaisilla energiavöillä hiukkasilla ei ole liike-energiaa, ja pienetkin vuorovaikutukset ovat merkittäviä. Tämä edistää eksoottisten tilojen muodostumista.

Tässä väitöskirjassa tutkitaan teoreettisesti hilamalleja, joissa esiintyy tasaisia energiavöitä. Näissä malleissa fysikaaliset suureet liittyvät usein kvanttitilojen geometrisiin ominaisuuksiin. Suprajohtavuudessa minimaalinen kvanttimetriikka on erityisen tärkeä. Tasaisella energiavyöllä hiukkasten efektiivinen massa on ääretön, eivätkä yksittäiset hiukkaset siis liiku. Suprajohteen virta johtuu sen sijaan Cooperin parien liikkeestä, jonka määrää minimaalinen kvanttimetriikka. Suuri minimaalinen kvanttimetriikka merkitsee vakaata suprajohdetta, jonka kriittinen lämpötila on mahdollisesti korkea. Lisäksi väitöskirjassa osoitetaan, että kriittinen lämpötila voi kasvaa, kun tasainen energiavyö koskettaa muita energiavöitä. Tämä on lupaavaa kokeellisten toteutusten kannalta.

Monessa korkean lämpötilan suprajohteessa esiintyy erikoisia ominaisuuksia myös normaalitilassa, eli ennen kuin materiaali on jäähdytetty alle suprajohtavuuden kriittisen lämpötilan. Väitöskirjassa osoitetaan, että normaalitila tasaisella energiavyöllä poikkeaa tyypillisestä metallista. Pienillä vuorovaikutuksilla yksittäisten hiukkasten efektiivinen massa on ääretön. Kun vuorovaikutusta kasvatetaan, yksittäiset hiukkaset voivat johtaa virtaa. Normaalitilassa esiintyy lisäksi pareja, jotka muodostuvat jo kriittisen lämpötilan yläpuolella. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että tasaisia energiavöitä voidaan hyödyntää eksoottisten tilojen tutkimisessa.

Väittelijän yhteystiedot: [email protected], 0442133702

  • Julkaistu:
  • Päivitetty: