Transzport komplex nanoszerkezetekben

Az oldal felelős szerkesztője: Halbritter András

Tárgy adatok

Előadók: Dr. Csonka Szabolcs, Dr. Halbritter András, Dr. Csontos Miklós, Geresdi Attila, Makk Péter

Tanszék: BME Fizika Tanszék

Kód: BMETE11MF24

Besorolás: BME TTK fizikus MSC képzés, kutató fizikus szakirány, kötelezően választható tárgy

Követelmény: 2/0/0/V/3

Nyelv: magyar

Jelenléti követelmények: Aláírást csak az kaphat, aki részt vesz az előadások legalább 50%-án.

Félévközi számonkérések: -

Félév végi osztályzat: Szóbeli vizsga alapján, melyen minden segédeszköz (pl. nyomtatott jegyzet) használható, a cél az anyag minél mélyebb megértése.

Konzultációk előzetes bejelentkezés alapján

Tematika

Bevezetés

Nanoszerkezetek készítése, a nanofizika alapfogalmai (kvantum pont-kontaktusok, vezetőképesség kvantálás, interferenciajelenségek nanoszerkezetekben, dekoherencia, kvantum dotok, kvantum Hall élállapotok, hibrid nanoszerkezetek (Halbritter András, 2 előadás)

Szén nanoszerkezetek

grafén, szén nanocsövek, fullerének (Csonka Szabolcs, 2 előadás)

Félvezető nanoszerkezetek

2D elektron és lyukgázok (Csontos Miklós, 2 előadás)

Molekuláris Elektronika

egyedi molekulák kontaktálása és vezetési tulajdonságai, molekuláris kapcsolók, szenzorok és tranzisztorok (Makk Péter, ~1.5 előadás)

Spintronika

GMR, spin valve, spin torque, spin dekoherencia, spin injektálás, nemlokális mérések (Geresdi Attila, ~1.5 előadás)

Szupravezető nanoszerkezetek

Andreev reflexió, mezoszkópikus proximity effektusok, szupravezető kvantum dotok és QBIT-ek, hibrid nanoszerkezetek (Halbritter András + Csonka Szabolcs, ~4 előadás)

Az elmúlt évtizedben az elektronikai eszközök miniatürizálása áttörő fejlődésen ment keresztül. A mindennapjainkban használt készülékek építőkövei már súrolják a nanométeres mérethatárt, így a további méretcsökkentés nem egyszerű technológiai probléma. A nanométeres méretskálán az elektronok koherens viselkedése és kölcsönhatása, ill. az anyag atomi kvantáltsága számos új jelenséget eredményez, melyek feltérképezése és megértése a nanofizikai alapkutatás komoly kihívása. A kurzus ezen jelenségkörökbe kíván bepillantást nyújtani, elsősorban új kísérleti eredmények bemutatásán és szemléletes megértésén keresztül.

Bevezetés, félvezető nanoszerkezetek készítése (1. óra)

Karakterisztikus méretskálák a nanofizikában; félvezető ipar fejlődése; félvezető heteroátmenetek, kétdimenziós elektrongáz; nanostruktúrák készítése

Nanovezetékek (2-3. óra)

Diffúzív és ballisztikus nanovezetékek; ballisztikus transzportkísérletek; kvantum vezetékek - Landauer formalizmus; vezetőképesség kvantálás; 4-pont ellenállás mérése; kölcsönhatási jelenségek nanovezetékekben

Interferencia-jelenségek nanoszerkezetekben (4. óra)

Ellenállások koherens és inkoherens sorba kapcsolása egycsatornás nanovezetékben; Aharonov - Bohm effektus mezoszkópikus gyűrűkben; környezet miatti koherenciavesztés; vezetőképesség fluktuációk; gyenge lokalizáció; elektron - elektron kölcsönhatás diffúzív vezetőkben

Atomi méretű kontaktusok vizsgálata a mezoszkópikus fizika eszköztárával (5. óra)

Kísérleti módszerek; egyatomos kontaktus vezetőképessége, mezoszkópikus PIN-kód: vezetőképesség kvantálás, sörét zaj, subgap struktúra, vezetőképesség fluktuációk, dinamikus Coulomb blokád; atomi láncképződés; "molekulák vezetőképessége"

Kvantum dotok (6-9. óra)

Kvantum dotok alapjai; kvantum dotok, mint mesterseges atomok, kvantum dot alkalmazasok, dupla kvantum dotok, kvantum dot, mint Spin Qubit

A zaj mint jel (10-11. óra)

A zaj definíciója, a zaj típusai; zajsűrűség számolása egycsatornás kvantumvezetékben; sörétzaj kvantum pont-kontaktusban; véges frekvenciás zaj, zérusponti fluktuációk zaja; sörétzaj diffúziv nanovezetékekben; töltéshordozók töltésének mérése; klasszikus és kvantum káosz kaotikus billiárdokban; nyalábosztós kísérletek, kétrészecske interferencia; Hanbury Brown & Twiss kísérlet fotonokkal és elektronokkal

Kvantált Hall effektus (12-13. óra)

Egész számú kvantum Hall effektus, Landau szintek, élállapotok, rendezetlenség szerepe; tört számú kvantum Hall effektus, Chern-Simon transzformáció, kompozit fermionok