At give den studerende en grundlæggende forståelse af fremtidens
elektroniske kvantekomponenter baseret på bl.a. superledning,
kvantemekanisk tunnellering og ladningstransport i en- og
to-dimensionale nanosystemer.
Læringsmål:
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
Beskrive superlederes elektrodynamiske egenskaber og anvende
teorien på superledende transmissionslinier.
Diskutere de basale egenskaber af Josephson dioder og anvende
kredsløbsmodeller herfor.
Beskrive virkemåden af bl.a. følgende ”small scale” devices
baseret på superledning: Josephson spændingsnormal og superledende
kvanteinterferometre (SQUIDs).
Redegøre for opbygningen af 2 dimensionale elektrongasser og
bestemmelsen af transverse bølgemønstre i kanaler med og uden
magnetfelter.
Forklare centrale paradigmer i mesoskopisk transport, såsom
fasekohærens, transport set som transmission og Landauer-Büttiker
formalismen.
Gengive en simpel model for den heltallige kvante-Hall-effekt
og anvende Landauer-Büttiker formalismen herpå.
Forklare virkemåden af enkeltelektron-transistoren.
Beskrive simple modeller for magnetoelektroniske komponenter
såsom spin-ventiler og magnetiske tunneldioder.
Forklare og kritisk bedømme grænserne for de introducerede
fysiske modeller.
Kursusindhold:
Kurset vil gennemgå en række kvanteelektroniske komponenter og
deres virkemåde. Der gives en indføring i "small scale"
superledning: Flux kvantisering, Josephson effekt,
kvanteinterferens, højfrekvenskomponenter og detektorer, transition
edge detektor, spændingsnormal. Desuden diskuteres komponenter
baseret på ladningstransport i rumligt begrænsede strukturer:
Ballistisk transport, den simple to-dimensionale elektrongas,
konduktivitet i snævre kanaler, Landauer-Büttiker modellen,
kvante-Hall effekt, lokalisation, og resistansfluktuationer. Der
ses på hybride systemer: Normal metal-superleder grænseflader
(Andreev reflektion) og grænseflader mellem ferromagneter og
halvledere/metaller. Tilsvarende devices, som spin-ventil og
magnetisk tunneldiode præsenteres. Endvidere behandles tunnellering
af enkelt-elektroner i nanometer junctions: Coulomb blokade,
enkelt-elektron transistor, elektronpumpe, strømnormal, Coulomb
blokade termometer.
Litteraturhenvisninger:
Lærebøger: T. Van Duzer and C. W. Turner: Superconductive Devices
and Circuits, 2. ed., Prentice-Hall 1999, ISBN 978-0-132-62742-9.
T. Heinzel: Mesoscopic Electronics in Solid State Nanostructures,
3. Ed., Wiley-VCH, 2010, ISBN 978-3-527-40932-7.
