Väitös teknillisen fysiikan alalta, FM Tapio Riekki

Väitöskirjan nimi on: "Adiabatic melting experiment: ultra-low temperatures in helium mixtures"

Kahden vakaan heliumisotoopin He-3:n ja He-4:n seos on kiehtova tutkimuskohde, sillä se on myös seos kahdesta kvanttimekaniikan perushiukkastyypistä fermioneista ja bosoneista. Näiden hiukkasten ominaisuuksien tunteminen on avainasemassa, jos halutaan ymmärtää niin kvanttietietokoneet kuin neutronitähdetkin. Nestemäinen helium on koeympäristö, missä näitä hiukkasia pystytään tutkimaan puhtaassa ja hallitussa tilanteessa.

Tarpeeksi matalassa lämpötilassa heliumissa tapahtuu erittäin mielenkiintoinen ilmiö: suprajuoksevuus. Tämä lämpötila on noin 1 Kelviniä puhtalle He-4:lle ja 0,001 Kelviniä puhtaalle He-3:lle. Supraneste on kvanttimekaanisesti järjestäytynyt neste, mikä pystyy esimerkiksi virtaamaan pienimmistäkin koloista ilman kitkaa. Tässä väitöskirjassa esitellään työtä, jossa kehitettiin ja tutkittiin täysin uudenlaistä jäähdytysmenetelmää. Tavoitteena oli saavuttaa niin matala lämpötila, että molemmat heliumin isotoopit olisivat suprajuoksevia samaan aikaan. Tarvittu lämpötila oli arvioutu olevan alle 0,0001 Kelviniä.

Väitöskirjassa esitelty menetelmä perustuu kiinteän He-4:n sulattamiseen ja sen sekoittamiseen He-3:n kanssa. Työssä tutkimme sulatusmenetelmän ominaisuuksia ja etsimme parasta sulatuksen totetuttamistapaa saavuttaaksemme niin matalia lämpötiloja kuin mahdollista. Tutkimme myös lämpötilan määrityksen haastellisuutta ja lämpövuotoja näissä erittäin matalissa lämpötiloissa. Kehitimme koejärjestelystämme myös laskennallisen mallin, jonka avulla pystyimme ymmärtämään sulatusjäähdytyksen termodynamiikkaa paremmin. Tutkimuksesta saadun tiedon perusteella pystymme ehdottamaan, miten menetelmää voi kehittää tulevaisuudessa.

Vastaväittäjäna toimii professori Richard Haley, Lancaster University, Yhdistynyt kuningaskunta

Kustos on professori Pertti Hakonen, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Vastuuprofessori on professori Pertti Hakonen, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Väittelijän tiedot: Tapio Riekki, Teknillisen fysiikan laitos, [email protected], 0442802270

Väitöstilaisuus järjestetään etäyhteydellä: https://aalto.zoom.us/j/68505165425 Elektroninen väitöskirja

Väitöskirja on julkisesti esillä 10 päivää ennen väitöstilaisuutta osoitteessa https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/?lang=fi