search query: @supervisor Nieminen, Risto / total: 104
reference: 6 / 104
« previous | next »
Author:Tanttu, Tuomo
Title:Non-equilibrium fluctuation relations in driven single-electron devices
Epätasapainofluktuaatiorelaatiot ajetuissa yksielektronilaitteissa
Publication type:Master's thesis
Publication year:2012
Pages:[6] + 63      Language:   eng
Department/School:Teknillisen fysiikan laitos
Main subject:Fysiikka (laskennallinen fysiikka)   (Tfy-105)
Supervisor:Nieminen, Risto
Instructor:Möttönen, Mikko ; Pekola, Jukka
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark Aalto  112   | Archive
Keywords:Jarzynski equality
single-electron devices
non-equilibrium relations
irreversible processes
solid state systems
free energy relations
Crooks fluctuation theorem
fluctuation relations
Jarzynskin yhtälö
yksielektronilaitteet
epätasapainorelaatiot
irreverbiiliset prosessit
kiinteän olomuodon systeemit
vapaan energian relaatiot
Crooksin fluktuaatio teoreema
fluktuaatiorelaatiot
Abstract (eng): Recent studies of non-equilibrium fluctuation relations have provided new tools for measuring irreversible processes in microscopic systems.
The so-called Jarzynski equality includes a strong statement about irreversible processes and it equates quantities arising from non-equilibrium dynamics with equilibrium quantities.
There have been experimental studies concerning the validity of the Jarzynski equality.
However, the statistics in these experiments has usually been rather low.

In this thesis, we introducee and carry out an experiment with a single-electron device that allows us to verify the Jarzynski equality with high accuracy.
The drive on the experimental device is cyclic and thus the equilibrium free energy difference between the starting and ending points in the parameter space vanishes, which allows the direct measurement of the Jarzynski equality in terms of the applied work.
The solid state systems such as this have the benefit that they are not degraded during the drive and thus the process can be repeated essentially indefinitely.
The experimentally obtained and simulated work distributions are found to be in agreement with the Jarzynski equality.

However, we also find theoretically that the Jarzynski equality does not hold in certain cases.
The heating caused by the drive increases the temperature of the system and is responsible for the breakdown of the Jarzynski equality.
The heating effect is not significant in our experimental setup and thus the Jarzynski equality should hold in our experiment.

We conclude that single-electron devices are excellent experimental tools for testing non-equilibrium relations and that the theoretical assumptions for the Jarzynski equality to hold in general must be expanded.
Abstract (fin): Viimeaikaiset tutkimukset epätasapainofluktuaatiorelaatioista ovat tuottaneet uusia menetelmiä irreversiibelien prosessien mittaamiseen mikroskooppisissa systeemeissä.
Jarzynskin yhtälö sisältää vahvan väitteen tällaisista prosesseista ja samaistaa epätasapainodynamiikasta saatavia suureita tasapainosuureisiin.
Jarzynskin yhtälöä on tutkittu aikaisemmissa kokeissa, mutta tyypillisesti näiden statistiikan määrä on ollut varsin vähäinen.

Tässä työssä käytetään koejärjestelyä yksielektronilaitteessa, joka mahdollistaa Jarzynskin yhtälön testaamisen suurella tarkkuudella.
Ajo kokeellisessa laitteessa on syklinen ja näin ollen vapaan energian muutos häviää, mikä mahdollistaa Jarzynskin yhtälön suoran mittaamisen.
Tällaisilla kiinteän olomuodon systeemeillä on se etu, että ne eivät kulu ajon aikana, joten ajo voidaan toistaa useasti suuremman tarkkuuden saavuttamiseksi.
Kokeellisesta ja simuloidusta datasta saadut työjakaumat toteuttavat Jarzynskin yhtälön.

Työssä myös havaittiin teoreettisesti, että Jarzynskin yhtälö ei jossain tapauksissa pidä paikkaansa.
Ajon tuottama mahdollinen lämpötilan nousu voi aiheuttaa Jarzynskin yhtälön rikkoutumisen.
Edellä mainitussa koejärjestelyssä lämpötilan muutos ei ole merkittävä joten Jarzynskin yhtälön tulisi päteä siinä.

Työssä päätellään, että yksielektronilaitteet ovat erinomaisia työkaluja epätasapainorelaatioiden todentamiseen.
Lisäksi Jarzynskin yhtälön pätevyysaluetta on syytä tarkistaa.
ED:2012-07-10
INSSI record number: 45015
+ add basket
« previous | next »
INSSI