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
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 jo ennen kuin ne uutisoidaan? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi yhtä aikaa suomalaisen median kanssa. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Oulun yliopisto

SECREDAS-hanke kehittää varmoja ja turvallisia automaattisia järjestelmiä25.6.2018 09:37Tiedote

Uudessa laajassa eurooppalaisessa SECREDAS-hankkeessa rakennetaan referenssiarkkitehtuuria varmoille ja turvallisille automaattisille järjestelmille. Hankkeessa keskitytään autoteollisuuteen, raideliikenteeseen ja yksilölliseen terveydenhoitoon. Niissä kaikissa edellytetään korkeaa toimintavarmuutta ja turvallisuutta, ja niihin kuuluvia teknologioita ovat muun muassa tutkajärjestelmät sekä ajoneuvon ja infrastruktuurin väliset ja ajoneuvojen sisäiset verkot.

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