Väitös teknillisen fysiikan alalta, DI Antti Laitinen

2018-06-13 12:00:00 2018-06-13 23:59:32 Europe/Helsinki Väitös teknillisen fysiikan alalta, DI Antti Laitinen Grafeenisillat kvanttikuljetusilmiöiden testialustana http://ceremonyweek.aalto.fi/fi/midcom-permalink-1e84e96b743022a4e9611e8aac2231beb983d6a3d6a Konemiehentie 2, 02150, Espoo

Grafeenisillat kvanttikuljetusilmiöiden testialustana

13.06.2018 / 12:00
Aalto-yliopisto, sali T2, Konemiehentie 2, 02150, Espoo, FI

Diplomi-insinööri Antti Laitinen väittelee keskiviikkona 13.6.2018 klo 12 Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulussa. Väitöskirjassa "Transport Experiments on Suspended Graphene Devices" tutkittiin kvanttikuljetusominaisuuksia ripustetussa grafeenissa nollamagneettikentässä sekä kokonaisluku- että murtoluku-kvantti-Hall-alueissa.

Tässä väitöstyössä valmistettiin ja mitattiin mikrometrikokoluokan grafeenisiltoja 2D tasoon vangittujen elektronien fysiikan tutkimiseksi. Grafeeni on hiilen kaksiulotteisena yhden atomikerroksen paksuisena olomuotona yksi vahvimmista ja sähköjohtavimmista materiaaleista. Vahvan rakenteensa vuoksi grafeenista voitiin sen ohuudesta huolimatta valmistaa mikrometrikokoluokassa vapaasti riippuvia siltoja, mikä ei ole mahdollista muilla atomikerroksen paksuisilla materiaaleilla. Ripustettu siltamainen rakenne mahdollisti grafeenin eristämisen tehokkaasti ulkoisista häiriöistä kuten ympäröivien materiaalien epäpuhtauksista, jotka haittaavat alustan päällä makaavia näytteitä. Ympäristön häiriöistä kuten ilmasta ja lämpökohinasta päästiin eroon sulkemalla grafeeninäytteet koelaitteiston tyhjiöön ja jäähdytetään mataliin lämpötiloihin.

Alimmillaan T = 10 mK lämpötiloissa suoritetuissa mittauksissa näiden grafeenisiltojen havaittiin toimivat hyvänä testialustana tasoon vangittujen elektronien fysiikan tutkimukselle. Mittauksissa havainnointiin muun muassa kuinka laitteen läpi etenevät elektronit interferoivat toistensa kanssa moduloiden laitteen konduktanssia, ja kuinka elektronit jäähtyivät grafeenin 2D hilassa energian virratessa elektroneilta hilavärähtelyihin ja sieltä edelleen laitteen metallisiin tukirakenteisiin.

Mittauksia suoritettiin myös korkeissa magneettikentissä B = 9 T asti. Näissä mittauksissa havaittiin vain puhtaissa 2D rakenteissa esiintyvät kokonais- että murtoluku-kvantti-Hall-ilmiöt, joita tutkimalla pyrittiin ymmärtämään paremmin kvantti-Hall-nesteen käytöstä. Mittauksissa havaittiin mm. korkeilla magneettikentillä elektronit pyrkivät tietyissä tilanteissa mieluummin muodostamaan kiinteän faasin, elektronien Wigner-hilan, kuin kvantti-Hall-tiloja.

Väitöstiedote (pdf)

Vastaväittäjä: Professor Dr. Christoph Strunk, Universität Regensburg, Saksa

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

Elektroninen väitöskirja: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-8018-5