Väitös teoreettisen ja laskennallisen fysiikan alalta, TkL Noora Tuomisto

2018-06-15 13:00:00 2018-06-15 23:59:59 Europe/Helsinki Väitös teoreettisen ja laskennallisen fysiikan alalta, TkL Noora Tuomisto Mallinnus lisää ymmärrystä nanoelektroniikan komponenttien toiminnasta http://sci.aalto.fi/fi/midcom-permalink-1e85e6a9e975b345e6a11e8b3ca9966121691ed91ed Otakaari 1, 02150, Espoo

Mallinnus lisää ymmärrystä nanoelektroniikan komponenttien toiminnasta

15.06.2018 / 13:00

Tekniikan lisensiaatti Noora Tuomisto väittelee perjantaina 15.6.2018 klo 13 Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulussa, salissa M1, Otakaari 1, Espoo. Väitöskirjassa "Modeling of tunneling through single, double and step barrier structures" on mallinnettu kvanttimekaanisesti nanoelektroniikan komponenttien tunneloitumisvirtoja. Mallinnuksen avulla voidaan sekä selittää koetuloksia että pyrkiä kehittämään energiatehokasta, vähän tilaa vievää ja jopa kokonaan uudenlaista elektroniikkaa.

Elektroniikan komponenttien koon jatkuvasti pienentyessä kvanttimekaaniset ilmiöt vaikuttavat niiden toimintaan enenevässä määrin. Pienetkin muutokset laitemateriaalien atomirakenteessa voivat muuttaa merkittävästi sähkövirran kulkua ja laitteen toimintaa. Tässä väitöskirjatyössä tutkitaan niin kutsuttuja tunneliliitoksia, jotka ovat jo nyt yleisesti käytössä useissa elektroniikan komponenteissa kuten esimerkiksi USB-muistitikuissa. Tulevaisuudessa tunneliliitosten avulla saatetaan rakentaa myös täysin uudenlaista elektroniikkaa. Työssä mallinnetut ferrosähköiset tunneliliitokset voivat olla kenties perusta muun muassa uudenlaisille, tehokkaasti ja monipuolisesti toimiville tietokonemuisteille.

Tunneliliitokset koostuvat kahdesta sähköä johtavasta elektrodista ja niiden välissä olevasta erittäin ohuesta eristekerroksesta. Normaalisti sähkö ei kulje eristeessä, mutta tunneliliitoksessa kvanttimekaaninen tunneloituminen mahdollistaa sähkövirran kulun eristekerroksen lävitse. Tässä väitöskirjatyössä on kehitetty kaksi tietokoneohjelmaa, joiden avulla voidaan laskea erilaisten tunneliliitosten läpi kulkevat sähkövirrat liitoksen yli olevan jännitteen funktiona. Lasketuissa virta-jännite-käyrissä kvanttimekaaninen resonanssitunneloituminen näkyy jyrkkinä nousuina virran arvoissa ja käyrien asymmetrisyytenä vastakkaissuuntaisten jännitteiden suhteen. Vertaamalla laskettuja sähkövirtoja ja kokeissa saatuja tuloksia voidaan ymmärtää paremmin, mitkä liitoksen ja liitosmateriaalien ominaisuudet vaikuttavat sähkönkulkuun eniten. Laskujen avulla voidaan myös ennustaa, millaiset rakenteet olisivat sovellusten kannalta tehokkaimpia. Käytännön sovellusten lisäksi väitöskirjan mallinnustyö lisää ymmärrystä nanometrien paksuisten kerrosrakenteiden sähkövirtoihin vaikuttavista fysikaalisista ilmiöistä.

Väitöstiedote (pdf)

Vastaväittäjä: professori Bernardo Barbiellini, Lappeenrannan teknillinen yliopisto

Kustos: professori Martti Puska, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Elektroninen väitöskirja: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-8038-3