Oulun yliopisto

Väitös: Sidotut tilat erilaisissa kvanttiaaltojohteissa

Jaa

Kvanttiaaltojohteilla voidaan havainnollistaa esimerkiksi mikrokokoisten puolijohderakenteiden toimintaa. Sovellusten kannalta on tärkeää tietää mahdollisten sidottujen tilojen olemassaolo, sillä niillä voi olla suuri vaikutus laitteen toimivuuteen.

Väitöstutkimuksessa on tutkittu kolmeen erityyppiseen kvanttiaaltojohteeseen liittyvää ominaisarvo-ongelmaa ja erityisesti niin kutsuttujen sidottujen tilojen esiintymistä. Tutkimuksessa aaltojohteiden geometriaa muutettiin vaiheittain, ja havaittiin, että pienetkin muutokset aaltojohteen geometriassa voivat johtaa tuntuviin muutoksiin diskreetissä spektrissä eli sidottujen tilojen esiintymisessä.

Kvanttiaaltojohteet ovat systeemejä, joissa aallon eteneminen on rajoitettu tiettyihin suuntiin ja jossa aaltojohteen koko poikittaissuunnassa on huomattavan pieni. Aaltojohteen kiderakenne, puhtaus ja pieni koko poikittaissuunnassa johtavat siihen, että partikkelin liikettä aaltojohteessa dominoivat kvanttimekaaniset lait. Tutkimuksemme kvanttiaaltojohteet muistuttavat geometrialtaan Y-, Z- ja C-kirjainta. Poikittaissuunnassa aaltojohteen leveyden annetaan osin hieman muuttua.

Ominaisarvo-ongelmassa keskitymme diskreettiin spektriin, sillä diskreetin spektrin ollessa epätyhjä, aaltoliike ei etene johteessa kyseisellä taajuudella, ja syntyy niin kutsuttu sidottu tila. Esimerkiksi suoran kvanttiaaltojohteen taipuminen aiheuttaa sidotun tilan, samoin kuin aaltojohteen leveydessä oleva pullistuma.

Sidottujen tilojen esiintymistä voidaan tutkia ratkaisemalla Laplacen ominaisarvo-ongelma Dirichlet’n nollareunaehdoilla kyseisessä aaltojohteessa. Yleisesti osittaisdifferentiaalioperaattoreihin liittyvät ominaisarvo-ongelmat ovat analyyttisesti ratkaistavissa ainoastaan hyvin yksinkertaisten geometrioiden kohdalla. Oleellisen spektrin alapuolella olevia ominaisarvoja voidaan etsiä variaatiomenetelmin, erityisesti voidaan selvittää ominaisarvojen lukumäärää, mutta tarkkaa kuvaa ominaisarvojen sijainnista diskreetissä spektrissä ei useimmiten saada. Toinen tapa lähestyä ongelmaa on numeerinen ratkaiseminen esimerkiksi elementtimenetelmää käyttäen. Kolmantena lähestymistapana on käytetty asymptoottista analyysia kuvaamaan ominaisarvoissa tapahtuvaa muutosta geometrian muuttuessa.

---

Filosofian maisteri Pauliina Uusitalo väittelee tohtoriksi Oulun yliopistossa lauantaina 11.11.2017. Teknillisen matematiikan alaan kuuluvan väitöskirjan otsikko on The bound states in the quantum waveguides of shape Y, Z, and C (Sidotut tilat erilaisissa kvanttiaaltojohteissa). Vastaväittäjän toimii professori Pekka Neittaanmäki Jyväskylän yliopistosta ja kustoksena professori Keijo Ruotsalainen. Väitöstilaisuus alkaa Linnanmaalla salissa L10 kello 12.

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Viestinnän asiantuntija Kaisu Innanen, Oulun yliopisto, p. 050 4344 261, kaisu.innanen@oulu.fi

Linkit

Tietoja julkaisijasta

Oulun yliopisto
Oulun yliopisto
Pentti Kaiteran katu 1
90570 Oulu

0294 480 000http://www.oulu.fi/yliopisto/

 

Oulun yliopisto
Viestintä, markkinointi ja yhteiskuntasuhteet
PL 8000
90014 Oulun yliopisto
viestintä (@) oulu.fi
0294 484 091

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat mediatiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Oulun yliopisto

Tekoälystä uusia mahdollisuuksia lääketieteen kuvantamiseen16.10.2018 15:58Tiedote

Tekoälyn mahdollisuuksista lääketieteellisessä kuvantamisessa saadaan pian uutta tietoa, kun lääkäreistä, fyysikoista ja matemaatikoista koostuva monialainen tutkimusryhmä pureutuu aiheeseen Oulun yliopiston professori Miika Niemisen johdolla. Tavoitteena on luoda tekoälyyn perustuvaa diagnostiikkaa, joka on nykyiseen verrattuna nopeampaa, tarkempaa ja kustannustehokkaampaa. Hankkeelle on myönnetty yli puolen miljoonan euron rahoitus Tulevaisuuden tekijät -ohjelmasta.

Uutta tietoa luonnonmateriaalien hyödyntämisestä jätevesien puhdistamisessa26.9.2018 06:00Tiedote

Pajukosteikolla voidaan lisätä ravinteidenpoistoa jätevesistä myös pohjoisissa olosuhteissa. Lisäravinteiden saanti jätevesistä lisää myös pajujen biomassan tuotantoa. Pajulajikkeiden välillä oli kuitenkin selvästi eroa biomassan tuotannossa. Muun muassa nämä asiat selviävät Oulun yliopiston tutkijoiden toteuttaman ja Euroopan aluekehitysrahaston osarahoittaman hankkeen ”Metallipitoisten hulevesien ja käsiteltyjen jätevesien puhdistustehokkuuden parantaminen luonnonmateriaaleilla” -loppuraportista.

Joet ovat merkittäviä kasvihuonekaasujen päästölähteitä arktisilla alueilla4.9.2018 13:05Tiedote

Joet ovat merkittäviä kasvihuonekaasujen, erityisesti hiilidioksidin luontaisia päästölähteitä arktisilla alueilla. Kansainvälisessä tutkimushankkeessa on todettu, että joista ilmakehään vapautuvan hiilen määrä on aiemmin arvioitua suurempi maailman laajimmalla turvealueella Länsi-Siperiassa. Ilmaston lämmetessä sulava ikirouta paljastaa alueella valtavat turvealueet, joihin sitoutunut orgaaninen hiili voi vapautua ilmakehään ja kiihdyttää ilmastonmuutosta.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki STT Infossa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme