Kvantetransportteori

Moderne nanoteknologi gjør det mulig å lage elektroniske komponenter på en så liten lengdeskala at både partikkel- og bølgeegenskapene til elektronene er viktige. I slike komponenter kan kvantemekanikk dermed spille en viktig rolle, noe som i prinsipp kan sette oss i stand til å realisere science-fiction-lignende teknologier som kvanteberegninger og kvantekryptografi. Dette kurset vil ta for seg sentrale konsepter knyttet til kvantetransport i elektroniske komponenter på nanoskala, med et teoretisk perspektiv. Vi går gjennom de delene av grunnleggende faststoff-fysikk som ligger til grunn for nanoskala fabrikasjonsteknikker. Deretter introduseres spredningsmatriser for å beskrive ladningstransport og støy på nanoskala, samt å utlede den enkle Landauer-Büttiker-formalismen. Dette baner vei for forståelsen av en rekke kvantemekaniske transportfenomener, som for eksempel kvante-Hall-effekt, resonant tunnelering, vedvarende strømmer, svak lokalisering, universelle konduktansfluktuasjoner og Coulomb-blokkade. I emnets siste del introduseres spinntronikk og kvanteberegninger som eksempler på teknologier som baserer seg på fenomener diskutert tidligere i kurset.

Kunnskap:

• Grundig forståelse av elektrontransport i nanoskala komponenter.
• God oversikt over de viktigste kvantemekaniske effektene i denne sammenheng.
• Fortrolig med ulike teoretiske rammeverk for å beskrive disse effektene.
• Grunnleggende forståelse av fordelene med og prinsippene for ulike foreslåtte kvanteteknologier, spesifikt spinntronikk og kvanteinformasjon.

Ferdigheter:

• Studenten kan analysere kvanteeffekter og -fenomener i elektroniske komponenter med bruk av enkle intuitive formalismer gjennomgått i emnet.

Generell kompetanse:

• Studenten har god oversikt over moderne nanofysikk og kvanteteknologier.

Forelesninger og regneøvinger. Forventet arbeidsinnsats i emnet er 225 timer.

Felles forelesninger med TFY4340.