Browsing by Author "Oksanen, Mika"

Filter results by typing the first few letters
Now showing 1 - 11 of 11
  • Contact doping, Klein tunneling, and asymmetry of shot noise in suspended graphene
    (2016-03-09) Laitinen, Antti; Paraoanu, G. S.; Oksanen, Mika; Craciun, Monica F.; Russo, Saverio; Sonin, Edouard; Hakonen, Pertti
     A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
    The inherent asymmetry of the electric transport in graphene is attributed to Klein tunneling across barriers defined by pn interfaces between positively and negatively charged regions. By combining conductance and shot noise experiments, we determine the main characteristics of the tunneling barrier (height and slope) in a high-quality suspended sample with Au/Cr/Au contacts. We observe an asymmetric resistance Rodd=100-70Ω across the Dirac point of the suspended graphene at carrier density |nG|=(0.3-4)×1011cm-2, while the Fano factor displays a nonmonotonic asymmetry in the range Fodd∼0.03-0.1. Our findings agree with analytical calculations based on the Dirac equation with a trapezoidal barrier. Comparison between the model and the data yields the barrier height for tunneling, an estimate of the thickness of the pn interface d
  • Coupling between electrons and optical phonons in suspended bilayer graphene
    (2015) Laitinen, Antti; Kumar, Manohar; Oksanen, Mika; Placais, Bernard; Virtanen, Pauli; Hakonen, Pertti J.
     School of Science | A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
    Using electrical transport experiments and shot noise thermometry, we investigate electron-phonon heat transfer rate in a suspended bilayer graphene. Contrary to monolayer graphene with heat flow via three-body supercollision scattering, we find that regular electron–optical-phonon scattering in bilayer graphene provides the dominant scattering process at electron energies ≳0.15 eV. We determine the strength of these intrinsic heat flow processes of bilayer graphene and find good agreement with theoretical estimates when both zone edge and zone center optical phonons are taken into account.
  • Electron-Phonon Coupling in Suspended Graphene: Supercollisions by Ripples
    (2014) Laitinen, Antti; Oksanen, Mika; Fay, Aurélien; Cox, Daniel; Tomi, Matti; Virtanen, Pauli; Hakonen, Pertti J.
     A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
    Using electrical transport experiments and shot noise thermometry, we find strong evidence that “supercollision” scattering processes by flexural modes are the dominant electron–phonon energy transfer mechanism in high-quality, suspended graphene around room temperature. The power law dependence of the electron–phonon coupling changes from cubic to quintic with temperature. The change of the temperature exponent by two is reflected in the quadratic dependence on chemical potential, which is an inherent feature of two-phonon quantum processes.
  • Electronic transport and mechanical resonance modes in graphene
    (2017) Oksanen, Mika
     School of Science | Doctoral dissertation (article-based)
    Graphene is a two-dimensional sheet of carbon atoms arranged in a hexagonal honeycomb lattice. After the first electronic devices made from single layer graphene were demonstrated in 2004, a tremendous interest has arisen around it. It is driven by the unique properties of graphene: it has a linear band structure so that the charge carriers behave like massless relativistic particles and very few materials can rival its mechanical, electronic, and optical properties, and most remarkably they all exist in a single substance. Consequently, graphene has been envisioned to either replace many currently used materials, or to enable conceptually new applications.  Various aspects of graphene physics and devices has been studied in this Thesis. Transport experiments were performed on high quality suspended graphene samples, where the intrinsic performance limits can be probed. At millikelvin temperatures, the ballistic conductance in monolayer graphene manifests in electron wave interference reminiscent of Fabry-Pérot resonances in optical cavities. These interference patterns were analyzed to reveal therenormalization of Fermi velocity in graphene at low charge densities. At high bias voltage regime, shot noise thermometry was employed to study the electron-phonon scattering mechanisms. In suspended monolayer graphene, hot electron relaxation was found to be dominated by two-phonon scattering from thermally excited ripples, whereas in bilayer graphene the intrinsic optical phonons played the dominant role.  Graphene is the ultimate material for nonlinear, tunable two-dimensional nanoelectromechanical systems. In this Thesis, methods to fabricate and measure graphene mechanical resonators were developed. In addition, diamond-like carbon resonators were studied, which may be a promising alternative for applications utilizing multilayer graphene membranes.
  • Fabrication of Suspended Graphene Josephson Junctions
    (2015-11-30) Paananen, Topi
     Perustieteiden korkeakoulu | Bachelor's thesis
  • Päällystettävien betonirakenteiden kuivumiskyky vaihtelevissa olosuhteissa, rakentamistavoissa ja rakenneratkaisuissa
    (2017-12-11) Oksanen, Mika
     Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
    Päällystettävien betonirakenteiden suhteellinen kosteus tulee laskea alle päällystettävyyden raja-arvon ennen päällystämistä. Menettelyllä pyritään ehkäisemään kosteusvaurioita, joista aiheutuu taloudellisia ja terveydellisiä haittoja. Työmaan rakennusvaiheen aikataulusuunnittelun kannalta on oleellista tietää käytettyjen rakenteiden kuivumisajat riittävän tarkasti. Tällöin kosteusvaurioriskiltä voidaan välttyä ja kuivumisaika saadaan sovitettua optimaalisesti työmaan muuhun aikataulutukseen. Diplomityön päätavoitteena oli kehittää aiempaa tarkempi kuivumisen arviointimenetelmä, joka perustuu todellisista rakennushankkeista kerättyihin kosteusmittaustuloksiin ja taustamuuttujien arvoihin. Tutkimuksessa pyrittiin myös selvittämään, onko päällystettävyyden raja-arvot alitettu tutkimusaineiston kohteissa. Tutkimuksen alussa syvennyttiin kirjallisuuskatsauksen avulla keskeiseen betonin kuivumisen teoriaan. Teorian avulla kyettiin tunnistamaan tärkeimmät todellisissa rakennushankkeissa kuivumiseen vaikuttavat muuttujat sekä arvioimaan tutkimustulosten luotettavuutta. Kuivumisen arviointimallin laadinnassa havaittiin, että parhaimpaan lopputulokseen päästään laatimalla erilaisille rakennetyypeille omat mallit. Mallit onnistuttiin laatimaan massiivilaatta-, kololaatta- ja ontelolaattarakenteille. Mallit laadittiin hyödyntämällä regressioanalyysin yleistä lineaarista mallia ja linearisoivaa muunnosta, joka linearisoi selitettävän ja selittävän muuttujan välisen riippuvuuden. Ratkaisu perustui pienimmän neliösumman menetelmään. Linearisoiva muunnos löydettiin optimoimalla sopivaa yritefunktiota epälineaarisella optimoinnilla. Laskennat suoritettiin Excel-taulukkolaskentaohjelmalla. Tutkimustulosten luotettavuutta arvioitiin myös yleistetyllä lineaarisella mallilla, jonka tulokset laskettiin Matlab-laskentaohjelmalla. Optimoitujen riippuvuuksien luotettavuutta arvioitiin kuivumisen teorian perusteella. Tutkimusaineisto koostui pääkaupunkiseudulle vuoden 2010 jälkeen rakennetuista asuinkerrostaloista. Diplomityössä onnistuttiin laatimaan tilastollisesti merkittävät mallit. Tuloksia verrattiin Merikallion (BY1021) arviointimenetelmään, joka on nykyisin työmailla yleisesti käytössä oleva menetelmä. Laaditut mallit ennustivat suhteellisen kosteuden vaihtelua tutkimusaineistossa selvästi Merikallion menetelmää paremmin. Laadittujen mallien ennustuskykyä ei kuitenkaan vielä ole testattu tutkimusaineiston ulkopuolella, joten varmuutta mallin toimivuudesta muissa kuin tutkimusaineiston kohteissa ei ole. Massiivilaatalle rakennettua mallia verrattiin myös laskennalliseen simulointiin. Sitoutumiskuivumisen huomioivalla simuloinnilla saatu kuivumiskäyrän muoto oli lähimpänä laaditun mallin kuivumiskäyrän muotoa. Työssä annetaan myös suosituksia työmaiden kosteudenhallinnan kehittämiseksi.
  • Pientalojen lämmitysjärjestelmien valinta, vaatimukset ja energiatehokkuus
    (2015-05-04) Oksanen, Mika
     Insinööritieteiden korkeakoulu | Bachelor's thesis
  • Single-mode and multimode Fabry-Perot interference in suspended graphene
    (2014) Oksanen, Mika; Uppstu, Andreas; Laitinen, Antti; Cox, Daniel J.; Craciun, Monica F.; Russo, Saverio; Harju, Ari; Hakonen, Pertti J.
     School of Science | A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
    We have achieved high-quality Fabry-Pérot interference in a suspended graphene device both in conductance and in shot noise. A Fourier analysis of these reveals two sets of overlapping, coexisting interference patterns, with the ratios of the resonance intervals being equal to the width to length ratio of the device. We show that these sets originate from the unique coexistence of longitudinal and transverse resonances, with the longitudinal resonances occurring due to bunching of modes with low transverse momentum. Finally, the high quality of our samples allows us to probe the interaction renormalization of the Fermi velocity as well as the coexistence of Fabry-Pérot oscillations with universal conductance fluctuations.
  • Single-mode and multimode Fabry-Pérot interference in suspended graphene
    (2014) Oksanen, Mika; Uppstu, Andreas; Laitinen, Antti; Cox, Daniel J.; Craciun, Monica F.; Russo, Saverio; Harju, Ari; Hakonen, Pertti
     A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
    We have achieved high-quality Fabry-Pérot interference in a suspended graphene device both in conductance and in shot noise. A Fourier analysis of these reveals two sets of overlapping, coexisting interference patterns, with the ratios of the resonance intervals being equal to the width to length ratio of the device. We show that these sets originate from the unique coexistence of longitudinal and transverse resonances, with the longitudinal resonances occurring due to bunching of modes with low transverse momentum. Finally, the high quality of our samples allows us to probe the interaction renormalization of the Fermi velocity as well as the coexistence of Fabry-Pérot oscillations with universal conductance fluctuations.
  • Suspended graphene as a mechanical resonator
    (2012-12-10) Laitinen, Antti
     Perustieteiden korkeakoulu | Bachelor's thesis
  • Terahertz detection using mechanical resonators based on 2D materials
    (2017-06-01) Hassel, Juha; Oksanen, Mika; Elo, Teemu; Seppä, Heikki; Hakonen, Pertti J.
     A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
    We have investigated a THz detection scheme based on mixing of electrical signals in a voltage-dependent capacitance made out of suspended graphene. We have analyzed both coherent and incoherent detection regimes and compared their performance with the state of the art. Using a high-amplitude local oscillator, we anticipate potential for quantum limited detection in the coherent mode. The sensitivity stems from the extraordinary mechanical and electrical properties of atomically thin graphene or graphene-related 2D materials.