Temperature and Quasiparticle Fluctuations in Superconductors
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science |
Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Author
Date
2012
Department
Major/Subject
Fysiikka
Mcode
Tfy-3
Degree programme
Language
en
Pages
ii + 48
Series
Abstract
The field of nanoelectronics has gained significant interest in the past decades. Now that the field has matured, new questions such as the role of heat transport and fluctuations in these nanostructures have become interesting. Superconducting materials are often used as building blocks in nanoelectronic systems. Examples include superconducting qubits, ultrasensitive radiation detectors, nanosized thermometers and single-electron transistors. In all of these applications, stochastic fluctuations of physical observables such as electric and heat current, temperature and number of quasiparticles play a mostly harmful role since they inhibit the desired behaviour of these devices. In this thesis, I extend previous work done on out of equilibrium thermodynamic fluctuations in different kinds of nanoelectronic devices. I study the temperature, energy, and quasiparticle fluctuations in a superconductor coupled to an environment which can either be phonons of the lattice or a normal metal electric circuit. I review the theory used in the calculations and apply it to this system. I study different limits such as the ones where the environment is at a very low temperature or close to the transition temperature of the superconductor.Nanoelektroniikka tieteenalana on viime vuosikymmeninä saavuttanut valtavan suosion. Nyt kun ala on kypsynyt, uudenlaiset kysymykset kuten lämmönsiirto ja fluktuaatiot nanorakenteissa ovat tulleet kiinnostaviksi. Suprajohtavia materiaaleja käytetään usein rakennuspalikoina nanoelektroniikan laitteissa. Esimerkkejä ovat suprajohtavat kubitit, herkät säteilynilmaisimet, nanokokoiset lämpömittarit ja yksielektronitransistorit. Kaikissa näissä sovelluksissa fysikaalisten suureiden, kuten virran, lämpötilan ja kvasihiukkaslukumäärän fluktuaatiot ovat merkittävässä osassa sillä ne rajoittavat laitteiden toimintaa. Tässä työssä laajennan aiempaa tutkimusta termodynaamisista fluktuaatioista erilaisissa nanoelektroniikan laitteissa epätasapainotilassa. Tutkin lämpötilan, energian ja kvasihiukkaslukumäärän fluktuaatioita suprajohteessa, joka on kytketty ympäristöön. Ympäristönä toimivat joko fononit tai normaalista, ei-suprajohtavasta metallista tehdyt johtimet osana piiriä. Käyn läpi aiheeseen kuuluvan teorian ja sovellan sitä näiden systeemien tutkimiseen. Tutkin fluktuaatioita eri parametrialueilla, erityisesti matalassa lämpötilassa ja kriittistä lämpötilaa lähellä olevassa lämpötilassa.Description
Supervisor
Pelkola, JukkaThesis advisor
Heikkilä, TeroKeywords
nanoelectronics, lämpötila, temperature, nanoelektroniikka, fluctuations, fluktuaatiot, non-equiblirium, epätasapaino, superconductor, suprajohde, heat transport, lämmönkuljetus
