Temperature fluctuations and heat transport in nanoelectronics

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorHeikkilä, Tero, Dr.
dc.contributor.authorLaakso, Matti
dc.contributor.departmentO.V. Lounasmaa -laboratoriofi
dc.contributor.departmentO.V. Lounasmaa Laboratoryen
dc.contributor.schoolPerustieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.schoolSchool of Scienceen
dc.contributor.supervisorTörmä, Päivi, Prof.
dc.date.accessioned2012-05-31T07:19:32Z
dc.date.available2012-05-31T07:19:32Z
dc.date.dateaccepted2012
dc.date.defence2012-05-25
dc.date.issued2012
dc.description.abstractIn metallic structures at very low temperatures heat and energy are carried mostly by electrons. When these structures are small, with dimensions of the order of nanometers, many kinds of quantum phenomena become significant. The combination of heat transport with these effects, with a special focus on the random fluctuations of temperature in these systems, is the topic of this Dissertation. Using quantum transport theory, we have studied the flow of heat and charge in some prototypical nanoelectronic systems, e.g., single-electron transistor and superconductor-normal metal tunnel structure. We have devised a powerful theoretical method for the calculation of probability distributions of fluctuating quantities, especially temperature, and used it to find cases where the statistics of these fluctuations becomes non-Gaussian. We have also shown how the fluctuations of temperature affect the fluctuations of the electric current. In some cases the temperature-fluctuation induced current noise can be orders of magnitude larger than the intrinsic shot noise of the system. We also address the possibility to detect these fluctuations by monitoring the induced current noise.en
dc.description.abstractHyvin matalaan lämpötilaan jäähdytetyissä metallirakenteissa lämpöä kuljettavat pääasiassa elektronit. Kun nämä rakenteet ovat pieniä, nanometrien kokoluokkaa, monenlaiset kvantti-ilmiöt ovat merkittäviä. Tämän väitöskirjan aiheena on näiden kvantti-ilmiöiden vaikutus lämmön kuljetukseen ja erityisesti niiden vaikutus lämpötilan satunnaisvaihteluihin. Olemme tutkineet lämmön ja varauksen kuljetusta kvanttikuljetusteoriaa käyttäen muutamissa tyypillisissä nanoelektroniikan rakenteissa, esimerkiksi yksielektronitransistorissa ja suprajohde-normaalimetalli tunneliliitoksessa. Olemme kehittäneet tehokkaan teoreettisen menetelmän lämpötilan ja muiden suureiden todennäköisyysjakaumien laskemiseen ja etsineet sen avulla tapauksia, joissa näiden suureiden satunnaisvaihteluiden statistiikka ei noudata normaalijakaumaa. Olemme myös näyttäneet miten lämpötilan satunnaisvaihtelut vaikuttavat sähkövirran kohinaan. Joissain tapauksissa lämpötilan satunnaisvaihteluiden aikaansaama virtakohina voi olla kertaluokkia suurempi kuin johtimen normaali raekohina. Tutkimme myös miten lämpötilan satunnaisvaihtelut voitaisiin havaita seuraamalla niiden aikaansaamaa sähkövirran kohinaa.fi
dc.format.extent118
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.isbn978-952-60-4631-0 (electronic)
dc.identifier.isbn978-952-60-4630-3 (printed)
dc.identifier.issn1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/3532
dc.identifier.urnURN:ISBN:978-952-60-4631-0
dc.language.isoenen
dc.opnAltland, Alexander, Prof. Dr., University of Cologne, Germany
dc.publisherAalto Universityen
dc.publisherAalto-yliopistofi
dc.relation.haspartM. A. Laakso, T. T. Heikkilä, and Yuli V. Nazarov. Fully Overheated Single-Electron Transistor. Physical Review Letters, Volume 104, Number 19, 196805, May 2010. © 2010 American Physical Society (APS). By permission. [article1.pdf]
dc.relation.haspartM. A. Laakso, T. T. Heikkilä, and Yuli V. Nazarov. Giant current fluctuations in an overheated single-electron transistor. Physical Review B, Volume 82, Number 20, 205316, November 2010. © 2010 American Physical Society (APS). By permission. [article2.pdf]
dc.relation.haspartM. A. Laakso, T. T. Heikkilä, and Yuli V. Nazarov. Manifestly non-Gaussian fluctuations in superconductor-normal metal tunnel nanostructures. Physical Review Letters, Volume 108, Number 6, 067002, February 2012. © 2012 American Physical Society (APS). By permission. [article3.pdf]
dc.relation.haspartM. A. Laakso, T. T. Heikkilä, and Yuli V. Nazarov. Theory of temperature fluctuation statistics in superconductor-normal metal tunnel structures. Physical Review B, April 2012. © 2012 American Physical Society (APS). By permission. [article4.pdf]
dc.relation.haspartJ. Voutilainen, M. A. Laakso, and T. T. Heikkilä. Physics of proximity Josephson sensor. Journal of Applied Physics, Volume 107, Number 6, 064508, March 2010. © 2010 American Institute of Physics (AIP). By permission. [article5.pdf]
dc.relation.haspartM. A. Laakso, P. Virtanen, F. Giazotto, and T. T. Heikkilä. Nonequilibrium characteristics in all-superconducting tunnel structures. Physical Review B, Volume 75, Number 9, 094507, March 2007. © 2007 American Physical Society (APS). By permission. [article6.pdf]
dc.relation.ispartofseriesAalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONSen
dc.relation.ispartofseries64/2012
dc.revLevchenko, Oleksandr, Prof., Michigan State University, USA
dc.revPothier, Hugues, Dr., CEA-Saclay, France
dc.subject.keywordtemperature fluctuationsen
dc.subject.keywordheat transporten
dc.subject.keywordnoiseen
dc.subject.keywordlämpötilan satunnaisvaihtelutfi
dc.subject.keywordlämmönkuljetusfi
dc.subject.keywordkohinafi
dc.subject.otherPhysicsen
dc.titleTemperature fluctuations and heat transport in nanoelectronicsen
dc.titleLämpötilan satunnaisvaihtelut ja lämmönkuljetus nanoelektroniikan rakenteissafi
dc.typeG5 Artikkeliväitöskirjafi
dc.type.dcmitypetexten
dc.type.ontasotDoctoral dissertation (article-based)en
dc.type.ontasotVäitöskirja (artikkeli)fi
local.aalto.digiauthask
local.aalto.digifolderAalto_65337
Files
Original bundle
Now showing 1 - 7 of 7
No Thumbnail Available
Name:
isbn9789526046310.pdf
Size:
3.47 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
No Thumbnail Available
Name:
article1.pdf
Size:
338.72 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
No Thumbnail Available
Name:
article2.pdf
Size:
396.94 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
No Thumbnail Available
Name:
article3.pdf
Size:
348.82 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
No Thumbnail Available
Name:
article4.pdf
Size:
311.54 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
No Thumbnail Available
Name:
article5.pdf
Size:
302.33 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
No Thumbnail Available
Name:
article6.pdf
Size:
1.1 MB
Format:
Adobe Portable Document Format