Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Detailed Balance in Quantum Dot Tunneling

Plate, Martin LU (2021) FYSK02 20211
Solid State Physics
Department of Physics
Abstract
Previously recorded data of electron tunneling in and out of a quantum dot (QD) is used to extract knowledge of the state of the system. Using the detailed balance of the system, it is shown that information about the electron temperature in the lead Te, as well as knowledge about the degeneracies of the states in a quantum dot can be obtained from measurements of the tunneling rates in and out of the QD. Combining the measurements of the tunneling rates with temperature measurements of the surrounding environment Td, the lever arm of the system is determined. It is shown that knowing the lever arm Te can be directly measured. A dependence of the lever arm on the filling of the quantum dot N is also observed.
Popular Abstract (Swedish)
En varm kopp kaffe kommer svalna om du låter den stå tillräckligt länge. Lägger du en isbit på marken och lämnar den där kommer den att smälta. Om du känner där isbiten låg efter att du torkat upp smältvattnet kommer det kännas kallt, förutsatt att det inte gått allt för lång tid. Isbiten har alltså tagit upp värme från golvet. Både kaffet som svalnar och isbiten som smälter är exempel på hur temperaturskillnader tenderar att jämna ut sig över tid. Inom fysiken beskrivs dessa fenomen av termodynamik. Enligt termodynamikens andra lag kommer partiklarna i kaffet alltid att röra sig på ett sådant sätt att temperaturskillnaden mellan kaffet och rummet jämnar ut sig. Det är denna lag som hindrar vattenpölen som bildats när isbiten smält från... (More)
En varm kopp kaffe kommer svalna om du låter den stå tillräckligt länge. Lägger du en isbit på marken och lämnar den där kommer den att smälta. Om du känner där isbiten låg efter att du torkat upp smältvattnet kommer det kännas kallt, förutsatt att det inte gått allt för lång tid. Isbiten har alltså tagit upp värme från golvet. Både kaffet som svalnar och isbiten som smälter är exempel på hur temperaturskillnader tenderar att jämna ut sig över tid. Inom fysiken beskrivs dessa fenomen av termodynamik. Enligt termodynamikens andra lag kommer partiklarna i kaffet alltid att röra sig på ett sådant sätt att temperaturskillnaden mellan kaffet och rummet jämnar ut sig. Det är denna lag som hindrar vattenpölen som bildats när isbiten smält från att spontant bilda en isbit igen.

Om ditt kaffe spontant skulle bli varmare hade du troligen trott att det rörde sig om häxkonster eller att tiden plötsligt har börjat röra sig baklänges. Men på tillräckligt små skalor och under kort tid kan det faktiskt hända att temperaturskillnaderna ökar i strid med termodynamikens andra lag. Traditionell termodynamik antar att dessa fluktuationer inte spelar någon roll. Ett antagande som fungerar för termodynamiska fenomen på makroskala. Men allt eftersom elektroniken vi använder blir mindre och mindre så har ett behov uppstått av att omformulera termodynamiken så att den tar hänsyn till dessa fenomen. Traditionellt sett använder sig termodynamiken av temperatur för att beskriva energifördelningen hos partiklarna i ett system utan någon kunskap om hur partiklarna rör sig på mikronivå. I vår uppsats gör vi istället tvärtom och försöker att hitta systemets temperatur genom att kolla på rörelserna av enskilda elektroner.

I uppsatsen används en så kallad kvantprick vilket kan ses som en liten låda där enbart elektroner med en viss energi får plats. Genom att kolla hur många elektroner som hoppar in och ut ur kvantpricken under en viss tid är det möjligt att veta hur många elektroner som har den specifika energin som krävs för att få plats i lådan. På så sätt går det att beskriva energifördelningen av partiklarna utan att först veta systemets temperatur. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Plate, Martin LU
supervisor
organization
course
FYSK02 20211
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
keywords
thermodynamics, quantum dot, quantum tunneling, physics, solid state physics, nanoscience
language
English
id
9058155
date added to LUP
2021-07-26 16:07:46
date last changed
2021-07-26 16:07:46
@misc{9058155,
  abstract     = {{Previously recorded data of electron tunneling in and out of a quantum dot (QD) is used to extract knowledge of the state of the system. Using the detailed balance of the system, it is shown that information about the electron temperature in the lead Te, as well as knowledge about the degeneracies of the states in a quantum dot can be obtained from measurements of the tunneling rates in and out of the QD. Combining the measurements of the tunneling rates with temperature measurements of the surrounding environment Td, the lever arm of the system is determined. It is shown that knowing the lever arm Te can be directly measured. A dependence of the lever arm on the filling of the quantum dot N is also observed.}},
  author       = {{Plate, Martin}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Detailed Balance in Quantum Dot Tunneling}},
  year         = {{2021}},
}