SuomeksiEnglanniksi
Annales Universitatis Turkuensis

Ring Dark Solitons in Toroidal Bose-Einstein Condensates

Toikka Lauri A.

Pimeät rengassolitonit ovat epälineaarisia kvanttitiloja, joita pystytään tarkastelemaan Bosen-Einsteinin kondensaateissa, mutta niiden kokeellinen havainto puuttuu yhä. Lauri A. Toikan väitöstutkimuksessa esitellään kaksi kokeellista menetelmää pimeiden rengassolitonien luomiseen laboratoriossa sekä tarkastellaan niiden luomista seuraavaa käytöstä ja fysiikkaa.

Tutkimuksessa selvitetään myös rengassolitonien matemaattista rakennetta. Väitöskirjassa julkaistut aiemmin tuntemattomat uudet eksaktit ratkaisut epälineaariselle Grossin-Pitaevskiin yhtälölle ovat jo herättäneet Euroopassa kansainvälistä kokeellista kiinnostusta.

Väitöskirjassa esitettävät menetelmät rengassolitonien kokeelliseen luomiseen ja vakautukseen voivat osoittautua hyödyllisiksi erityisesti atomtroniikan, atomitason elektroniikan, sovellutuksissa.

Pimeät rengassolitonit torusgeometriassa

Mitä yhteistä on tsunameilla, suprajuoksevuudella, kvanttimekaniikalla ja tietoliikenteen valokuiduilla? Tsunamit ja valokuidut ovat arkimaailmassa esiintyviä epälineaarisia solitonijärjestelmiä, kun taas kvanttimekaniikka ja sen sisältämät arkipäivän intuition vastaiset käsitteet kuten tunneloituminen vaikuttavat erittäin pienissä ja kylmissä järjestelmissä.

Tästä huolimatta, käsitteet yhdistyvät Bosen-Einsteinin kondensaateissa, jotka itsessään ovat ultrakylmiä kvanttimekaanisia kaasuja (jopa yksittäinen fotoni voi riittää lämmittämään ja haihduttamaan kondensaatin), mutta jotka epälineaarisesta fysiikastaan johtuen pystyvät ylläpitämään kvanttisolitonitiloja.

Sekä klassiset että kvanttimekaaniset solitoniaallot etenevät säilyttäen muotonsa myös törmäyksissä muiden solitonien kanssa. Solitoneja esiintyy monella fysiikan ja biologian alalla. Tsunami on yksittäinen makroskooppinen aalto, joka etenee vaimentumatta. Valokuituun voidaan peräjälkeen lähettää useita optisia solitoneja välittämään informaatiota, koska ne eivät leviä toistensa päälle ja säilyttävät muotonsa.

Bosen-Einsteinin kondensaatissa solitoni esiintyy tiheyden muutoksena. Pimeä solitoni muodostuu atomien harventumasta, kun taas kirkas solitoni koostuu taustaa suuremmasta tiheydestä atomeja. Kiertämällä pimeä solitoni renkaaksi saadaan aikaan kaksiulotteisessa järjestelmässä ympyränmuotoinen rotko kondensaatin atomitiheyteen. Tällöin torusgeometria muodostaa luontevan pohjan pimeän rengassolitonin vangitsemiseen kondensaatissa estäen niiden säteen muuttumisen.

Tuloksilla potentiaalia kvanttiteknologian sovellutuksissa

Nykyään monet ryhmät ympäri maailman pystyvät luomaan Bosen-Einsteinin kondensaatteja lähes rutiinilla, saavuttaen vaaditun nanokelvinien lämpötilan. Erityisesti torusgeometria on ajankohtainen ja tällä hetkellä kokeellista kiinnostusta saava järjestelmä. Kehän ympäri jatkuva vaimentumaton kondensaatin virtausilmiö sekä kvantti-interferenssiin perustuvat suprajohdesovellukset ovat muutamia tärkeitä esimerkkejä yleisempään atomtroniikkaan tähtäävästä tutkimuksesta. Tällaisilla virtapiireillä on hallittuja kvanttimekaniikkaan perustuvia ominaisuuksia, mikä tekee niistä merkittävästi peruselektroniikkaa kehittyneempää teknologiaa.

Väitöskirjan tuloksilla liittyen pimeiden rengassolitonien luomiseen, olemassaoloon sekä fysiikkaan toruskondensaateissa voi tulevaisuudessa olla merkitystä atomtronisten piirien suunnittelussa ja toimintatavassa. Aineen aalto-hiukkaskaksinaisuuteen perustuen voi osoittautua myös mahdolliseksi luoda "optisia kuituja" valoaaltojen sijasta aine-aalloille, mikäli pimeä solitoni vakautetaan Bosen-Einsteinin kondensaatissa väitöskirjan tulosten mukaisesti.

Väitöskirja on englanninkielinen.

Tuotenumero:9789512957385
Ulkoasu:nid.
Tekijä:Toikka Lauri A.
Laajuus:42 s. + liitteet
ISBN:9789512957385
Julkaisuvuosi:2014
Sarja:AI osa 489
15,00 €
(sis. ALV 10%)


13,64 €
(ALV 0%)
Määrä: kpl