Tapahtumat

Väitös teknillisen fysiikan alalta, DI Timo Kamppinen

Nanoteknologia kvanttinesteissä

Väitöskirjan nimi: Nanoelectromechanical resonators and nanoconfinement in quantum fluids

Vastaväittäjä: tutkimusjohtaja Eddy Collin, CNRS, Ranska
Kustos: professori Pertti Hakonen, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

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

Elektroninen väitöskirja

Väitöstiedote:

Kvanttinesteet ovat nesteitä, joiden ominaisuudet määräytyvät niiden seuraaman kvanttistatistiikan mukaan. Esimerkkejä kvanttinesteistä ovat supranesteet jotka voivat virrata kitkatta, kuten fermioninen helium-3 ja bosoninen helium-4 matalissa lämpötiloissa absoluuttisen nollapisteen lähellä. Nanokokoiset anturit ja nanomateriaalit kvanttinesteissä uurtavat uraa uudenlaisten ilmiöiden mittaamiselle ja hyödyntämiselle. 

Tässä väitöskirjassa kehitetään nanoelektromekaanisia antureita kvanttinesteiden tutkimiseen. Laitteiden ominaisuudet kartoitetaan tyhjiössä, helium-4 kaasussa sekä helium-4 supranesteessä. Työssä osoitetaan että alumiinisissa laitteissa on kaksitasosysteemejä, jotka voivat tunneloitua tilojen välillä kvanttimekaniikan lakien mukaisesti. Nämä tunneloituvat kaksitasosysteemit tunnistetaan niiden aiheuttamista muutoksista laitteiden vasteessa matalissa lämpötiloissa, lähellä absoluuttista nollapistettä. Kaksitasosysteemien relaksaatio tapahtuu laitteen hilan värähtelyiden kautta, ja laitteiden pienen koon vuoksi hilan värähtelymoodien määrä on geometrisesti rajattu. Kaksitasosysteemeistä saatua tietoa voidaan hyödyntää muun muassa nanoelektromekaanisten antureiden sekä kvanttitietokoneiden toiminnan optimointiin. Kehitetyt laitteet ovat erittäin herkkiä antureita helium-4 kaasun hiukkasille ja supranesteen kvasihiukkasille. Nopean ja tarkan lämpötilan mittaamisen lisäksi laitteita voidaan tulevaisuudessa käyttää kvantittuneiden virtauspyörteiden tutkimiseen supranesteissä. 

Tässä väitöskirjassa tutkitaan myös helium-3 supranesteen polaarifaasia. Polaarifaasi esiintyy kaupallisessa nanomateriaalissa nimeltään nafeeni, joka koostuu lähes samansuuntaisista alumiinioksidisäikeistä. Nafeenin säikeet sitovat kvantittuneita virtauspyörteitä voimakkaasti, mahdollistaen supranesteytymisessä syntyneiden pyörteiden määrän tarkan mittaamisen. Työssä osoitetaan että pyörteiden määrää voidaan vähentää magneettikentän avulla. Löydös parantaa käsitystä siitä kuinka luoda poikkeamista vapaita kvanttitiloja faasitransitioissa. Työssä osoitetaan että polaarifaasin energia-aukko seuraa teoreettisia odotuksia, ja että faasitransitiolämpötila on vain hieman matalampi kuin tavanomaisessa helium-3 supranesteessä. Löydös auttaa tunnistamaan rakenteita, joissa epätavanomaista suprajohtavuutta voisi esiintyä, ehkäpä jopa huoneen lämpötilassa.

Väittelijän yhteystiedot: [email protected], 0440130099

  • Julkaistu:
  • Päivitetty: