Väitös teknillisen fysiikan alalta, M.Sc. Marco Marín Suárez

Väitöskirjan nimi: Applications of hybrid single-electron turnstiles: To current standards and beyond

Tohtoriopiskelija: Marco Marín Suárez
Vastaväittäjä: professori Andrew N. Cleland, University of Chicago, Yhdysvallat
Kustos: professori Jukka Pekola, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Tässä väitöskirjassa tutkitaan normaalimetallisen saarekkeen ja suprajohtavien elektrodien muodostamia hybridirakenteisia yhden elektronin transistoreita (SET). Nämä ovat nanomittaluokan laitteita, joita käytetään millikelvineiden suuruisissa lämpötiloissa. Aikaisemmin tällaisia laitteita on käytetty yksittäisten elektronien liikuttelusta koostuvan virran muodostamiseen muuntamalla radiotaajuista signaalia tasavirraksi. Tällainen elektronien kääntöportti on sopiva ehdokas ampeerin toteutukseen. SI-yksikköjärjestelmän uudelleenmäärittelyn jälkeen toteutuksista on tullut erittäin haluttuja. 

Väitöskirjassa esitetään uusia ampeerin toteutukseen läheisesti liittyviä sovelluksia. Ensiksi näytetään, että laitteen elektrodien epätasapainokvasihiukkasia voidaan poistaa Josephson-liitosten avulla. Tämän ansiosta kvasihiukkasten tiheyttä saatiin laskettua yhdellä suuruusluokalla. Tämän jälkeen palataan SI-järjestelmän uudelleenmäärittelyyn, ja esitetään kääntöportin uusi sovellus watin toteutukseen. Esityksen toimivuus todistetaan kokeellisesti, ja tarkkuutta tutkitaan perusteellisesti. Näiden avulla osoitetaan, että hybridirakenteinen SET voi emittoida yksittäisiä elektroneja, joiden energia saadaan tarkasti synkronoitua radiotaajuisen signaalin kanssa. Tämä sovellus nimetään väitöskirjassa taajuus-tehomuunnokseksi. Seuraavaksi palataan ampeerin toteutukseen ja näytetään, että toista signaalia voidaan käyttää muokkaamaan kääntöportin liikeratoja säilyttäen yksittäisten elektronien muodostaman virran. Tällä tavoin pystytään estämään epäedulliset tunneloitumistapahtumat, ja toteutuksen tarkkuutta kyettiin parantamaan yhdellä suuruusluokalla. Lopuksi tätä menetelmää käytetään muodostamaan yksittäisistä elektroneista koostuvia virtoja käyttäen nollakeskiarvoista jännitettä.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Yhteystiedot:

Perustieteiden korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/52