Geometriset vaiheet puolijohderakenteissa

Paperimme geometrisistä kvanttivaiheista puolijohderenkaissa julkaistiin tänään Nature Communicationissa. Jostain syystä papyros on vapaasti luettavissa (Open Access) :

Screen Shot 2013-09-26 at 10.23.13 PMKvanttimekaniikkassa elektroneita ja muita hiukkasia kuvaavat kvanttikentissä etenevät aineaallot. Aineaallon vaihe on klassisen analogian mukaan kuin aallonkorkeus meressä. Interferenssi on useiden aaltojen summa-aalto, jossa aallonkorkeus vahvistuu tai heikentyy eri paikoissa. Kvanttimekaniikassa tunnetuin aaltofunktion vaihe on sen dynaaminen vaihe, joka kuvaa aaltofunktion värähtelyä liike-energian takia. Kun elektronin aineaallon annetaan kulkea kahdesta kapeasta raosta läpi yhtä aikaa interferessi luo rakojen takana olevalle kalvolle koulukursseilla esitetyn interferenssikuvion. Kvanttimekaanista interferenssi-ilmiöitä käytetään hyväksi esimerkiksi erittäin herkissä SQUID-magnetometreissä, joita on magneettikuvauslaitteissa.

Vuorovaikuttavien elektronien tapauksessa aaltofunktion vaiheeseen vaikuttaa kuitenkin myös aallon kulkema polku. Aalto saa silloin dynaamisen vaiheen lisäksi geometrisen vaiheen eli Berryn vaiheen joka ynnäytyy muihin vaiheisiin ja vaikuttaa interferenssikuvioon. Aallon geometrinen vaihe riippuu vain sen kulkemasta polusta, joten se kestää kohinaa ja muita kokeiden epäideaalisuuksia paljon paremmin kuin dynaamiset vaiheet. Tämän takia on ehdotettu, että geometrisiä vaiheita voisi käyttää hyväksi esimerkiksi puolijohdepiireissä. Paperissa osoitetaan, että elektroniaallon geometristä vaihetta voi kontrolloida yksinkertaisella koejärjestelyllä.

Koejärjestelyssä elektroneita kuljetetaan renkaita sisältävän puolijohdepiirin läpi, jossa elektronin aineaalto kulkee useita reittejä yhtä aikaa ja interferoi itsensä kanssa kun reitit yhdistetään. Interferenssikuvio näkyy elektronivirran voimakkuudessa, joka vaihtelee elektronien saamien kvanttivaiheiden mukaan. Käytännössä eri kvanttivaiheiden kontribuutiot interferenssikokeessa on vaikeasti tunnistettavissa, mutta laskut osoittavat, että kokeissa aineaallon geometristä komponenttia pystyttiin muuttamaan lähes puolen aallon verran. Kokeet osoittavat, että geometrisia vaiheita voi käyttää hyväksi kvantti-interferenssilaitteiden suunnittelussa.

Advertisements

3 responses to “Geometriset vaiheet puolijohderakenteissa

  1. Jos asuisitte Suomessa niin vakiokommentti medialta olisi: mutta onko tästä suoraa taloudellista hyötyä ja perustetaanko tämän pohjalle uusia nokioita?

  2. No mutta totta kai tästä tulee uusi nokia. Lisäksi se parantaa yliopistojen taloudellista tulosta ja muutenkin maailmantalouden kilpailukyky paranee.

Kommentointi on suljettu.