Mesoscopic superconducting tunnel junction devices : experimental studies of performance limitations

In this work four different mesoscopic superconducting devices have been experimentally studied: an ammeter based on a hysteretic Josephson junction switching from the superconducting state to the normal state, a conventional Cooper pair pump (CPP) based on two superconducting islands separated by tunnel junctions, a novel flux assisted Cooper pair pump and a thermometer based on a tunnel junction between a superconductor and a normal metal. These devices make use of phenomena related to superconductivity and are also benefiting from some properties of small structures, e.g., of quantum mechanical tunneling and of transport of single electrons. The present research focused on investigating performance limitations of these devices and the aim was to improve their performance. A hysteretic Josephson junction switching can be used as a sensitive current threshold detector. For many purposes, a smaller critical current Ic of the detecting junction would yield a higher current sensitivity. It was found in this Thesis that the main limitation of the ammeter is that with increasing sensitivity the negative effects due to dissipation start to dominate. In this Thesis the Josephson junction was also demonstrated as a shot-noise detector, and it was concluded that this kind of a device could probably be made into an absolute on-chip detector of Fano-factors and noise in general. A charge pump is a device which can periodically transfer a discrete amount of charge Q through an electrical circuit. The measured double island CPP introduced a frequency dependent current with a value close to the expected one at low pumping frequencies. The drawback in the measurements was that the direction of the pumped current was set by the bias voltage. The results of the measurement on flux assisted pumping were indeed very promising and the studied device was able to produce sufficiently high pumped currents of around 0.1 nA with reasonable accuracy. Thermometer based on NIS (Normal metal - Insulator - Superconductor) tunnel junctions is a very promising temperature sensor for bolometric radiation sensor applications. This work showed that it can be used as a sensitive thermometer up to MHz frequencies range and that its response time is limited by the electron-phonon scattering rate.reviewe

Evidence of Cooper pair pumping with combined flux and voltage control

We have experimentally demonstrated pumping of Cooper pairs in a single-island mesoscopic structure. The island was connected to leads through SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) loops. Synchronized flux and voltage signals were applied whereby the Josephson energies of the SQUIDs and the gate charge were tuned adiabatically. From the current-voltage characteristics one can see that the pumped current increases in 1e steps which is due to quasiparticle poisoning on the measurement time scale, but we argue that the transport of charge is due to Cooper pairs.Comment: 4 page

Impact of Timing of Surgery and Adjuvant Treatment on Survival of Adult IDH–wild-type Glioblastoma : A Single-center Study of 392 Patients

Background: The purpose of our study was to analyze the impact of time interval from referral to surgery and from surgery to adjuvant treatment on survival of adult isocitrate dehydrogenase–wild-type (IDH-wt) glioblastomas. Methods: Data on 392 IDH-wt glioblastomas diagnosed at the Tampere University Hospital in 2004–2016 were obtained from the electronic patient record system. Piecewise Cox regression was used to calculate hazard ratios for different time intervals between referral and surgery, as well as between surgery and adjuvant treatments. Results: The median survival time from primary surgery was 9.5 months (interquartile range: 3.8–16.0). Survival among patients with an interval exceeding 4 weeks from referral to surgery was no worse compared to <2 weeks (hazard ratio: 0.78, 95% confidence interval: 0.54–1.14). We found indications of poorer outcome when the interval from surgery to radiotherapy exceeded 30 days (hazard ratio: 1.42, 95% confidence interval: 0.91–2.21 for 31–44 days; and 1.59, 0.94–2.67 for over 45 days). Conclusions: Interval from referral to surgery in the range of 4–10 weeks was not associated with decreased survivals in IDH-wt glioblastomas. In contrast, delay exceeding 30 days from surgery to adjuvant treatment may decrease long-term survival.Peer reviewe

Science and technology roadmap for graphene, related two-dimensional crystals, and hybrid systems

We present the science and technology roadmap for graphene, related two-dimensional crystals, and hybrid systems, targeting an evolution in technology, that might lead to impacts and benefits reaching into most areas of society. This roadmap was developed within the framework of the European Graphene Flagship and outlines the main targets and research areas as best understood at the start of this ambitious project. We provide an overview of the key aspects of graphene and related materials (GRMs), ranging from fundamental research challenges to a variety of applications in a large number of sectors, highlighting the steps necessary to take GRMs from a state of raw potential to a point where they might revolutionize multiple industries. We also define an extensive list of acronyms in an effort to standardize the nomenclature in this emerging field.Peer ReviewedPostprint (published version

GaN:ssä sekä AIGaN:ssä esiintyvien hilavirheiden tutkiminen positroniannihilaatiospektroskopialla

Työssä tutkittiin GaN- ja AlGaN-ohutkalvonäytteissä esiintyviä hilavirheitä positroniannihilaatiospektroskopialla. Työssä käytettiin TKK:n Fysiikan laboratorion kahta hitaiden positronien suihkua ja positronien elinaikamittalaitteistoa. Työssä mitattiin positronien keskimääräinen elinaika kahdessa HVPE-kasvatetussa GaN-ohutkalvonäytteessä. Vapaan positronin elinajaksi GaN-hilassa saatiin 156 ps ja galliumvakanssiin loukkuuntuneen positronin elinajaksi 235 ps. Nämä ovat samat kuin aiemmin tutkituissa erilliskiteissä. Näytteiden ei havaittu sisältävän Ga-vakanssien lisäksi muita positroneja loukkuunnuttavia virheitä. Positronin loukkuuntumiskertoimen lämpötilariippuvuus määritettiin elinaikamittausten perusteella. Loukkuuntumiskertoimen havaittiin noudattavan T[1/2]-lämpötilariippuvuutta, mikä osoittaa galliumvakanssin olevan negatiivisesti varautunut. Mitattujen GaN-näytteiden dislokaatio- ja epäpuhtaustiheyden oli mitattu olevan suurempi lähellä substraatin ja ohutkalvon välistä rajapintaa. Mittauksissa havaittiin myös vakanssikonsentraation suurenevan, kun etäisyys GaN/Al_(2)O_(3)-rajapintaan pieneni. Galliumvakanssin ja happiepäpuhtausatomin muodostaman (V_(Ga)-O_(N))-virhekompleksin muodostumisenergia on pienempi kuin yksittäisen Ga-vakanssin. Työssä tutkittiin Ga-vakanssia ympäröivien atomien elektronien liikemääräjakaumaa. Tulosten perusteella saatiin viitteitä (V_(Ga)-O_(N))-kompleksin muodostumisesta paljon happea sisältävissä näytteissä. Tutkituissa AlGaN-näytteissä oli aiemmin havaittu DX-hilavirhe. Tätä kuvaavan atomimallin mukaan DX-keskukseen liittyy voimakas hilarelaksaatio, jonka seurauksena hilaan syntyy vakanssin tyyppinen hilavirhe. DX-keskus on mahdollista virittää joko sopivalla valolla tai termisesti, jolloin virheeseen liittyvän tyhjän tilan tulee mallin mukaan kadota. Mittauksissa pyrittiin selvittämään, voidaanko tätä havaita positronien avulla. Työssä ei kuitenkaan saatu selkeää todistetta positronien loukkuuntumisesta DX-virheisiin

Alkulämmittelyn merkitys juniorikoripallossa : opas Raholan Pyrkivä Ry:lle

Viime vuosina koripallo on kasvattanut suosiotaan Suomessa ja lajin lisenssipelaajien määrä on ollut nousujohteinen muutamien vuosien ajan. Suurin kasvu on tapahtunut junioripelaajissa- ja joukkueissa. Koripallossa korostuvat erilaiset fyysiset ja motoriset tekijät. Koripalloilijan tärkein ominaisuus on nopeus. Laji vaatii urheilijalta pienessä tilassa tehtäviä nopeita ratkaisuja, joissa ratkaisee yksilön kyky reagoida yksittäiseen tilanteeseen. Tällaisessa urheilulajissa alkulämmittelyn merkitys on erittäin tärkeä, jotta yksilö on parhaassa mahdollisessa vireystilassa harjoituksen tai ottelun alkaessa. Opinnäytetyön tavoitteena on yhtenäistää Raholan Pyrkivä Ry:n juniorikoripallovalmentajien alkulämmittelyn toteutusta ennen harjoitus- ja pelitapahtumaa ja lisätä valmentajien sekä pelaajien tietämystä alkulämmittelyn merkityksestä. Opinnäytetyön tarkoituksena on luoda alkulämmittelyopas, joka sisältää tietoa alkulämmittelyn merkityksestä ja konkreettiset harjoitteet juniorikoripallovalmentajille ja -pelaajille uusimpaan tutkimustietoon ja kirjallisuuteen pohjautuen. Opinnäytetyön toteutus tapahtuu toiminnallisena opinnäytetyönä. Opas on suunniteltu 12-18 -vuotiaille tyttö- ja poikajunioreille. Tarve opinnäytetyölle nousi yhteistyökumppanilta. Opinnäytetyö koostuu kahdesta osiosta: raportista, joka on luotu kirjallisuuskatsauksena sekä alkulämmittelyoppaasta. Opinnäytetyöraportti sisältää koripallon lajianalyysin, tietoa lasten ja nuorten fyysisestä kehityksestä sekä alkulämmittelyn osa-alueista. Lähdemateriaali rajattiin aikavälille 2010-2018. Raportin pohjalta koottiin tavoitteisiin ja tarkoitukseen soveltuva alkulämmittelyopas. Alkulämmittelyopas on jaoteltu viiteen harjoituskategoriaan, joihin kuuluvat koordinaatio-, liikkuvuus-, tasapaino-, hyppy- ja lihas-voima -harjoitteet. Jokaisessa kategoriassa on kolmesta seitsemään harjoitetta riippuen harjoitusosa-alueen kuormituksesta. Alkulämmittelyn kokonaiskestoksi on suunniteltu 10-20 minuuttia. Säännöllisesti toteutetulla monipuolisella alkulämmittelyllä voidaan vähentää urheiluvammoja ja parantaa suorituskykyä. Jatkossa olisi tarkoituksenmukaista selvittää, kuinka säännöllisesti valmentajat hyödyntävät alkulämmittelyopasta junioripelaajien valmennuksessa. Lisäksi olisi mielenkiintoista selvittää alkulämmittelyoppaan vaikuttavuutta Raholan Pyrkivä Ry:n juniorikoripalloilijoiden suorituskykyyn ja urheiluvammojen esiintyvyyteen.The objective of this study was to standardise Raholan Pyrkivä Ry’s youth basketball coaches’ way to perform warm-up before a practice or a game event and add coaches’ and players’ knowledge about the importance of warm-up. The objective of this study was to provide youth basketball coaches and players with a training guide which contains information about the importance of warm-up, as well as concrete warm-up exercises based on the latest research and literature. The training guide is designed for 12- to 18 -year-old girl and boy basketball players. This thesis consists of two sections: the report designed by means of a literature review and a warm-up training guide. The report handles sport analysis on the game of basketball, information on different sections of warm-up and children’s physical development. The warm-up consists of five different categories which include coordination, mobility, balance, jump and strength exercises. The results suggest that performance can be enhanced and sports injuries reduced with regularly performed warm-up. In the future it would be interesting to know how frequently the created warm-up training guide is utilised by Raholan Pyrkivä Ry’s coaches. Moreover, it would be useful to study what kind of effects the warm-up routine has on youth players’ performance and sports injuries

Quick and Clean: Stencil Lithography for Wafer-Scale Fabrication of Superconducting Tunnel Junctions

Abstract—This paper presents a resist-less process for parallel fabrication of sub-micrometer Al-AlOx-Al superconducting tunnel junctions. A custom stencil is fabricated containing 200 nm low stress SiN membranes with micro-apertures. The stencil is aligned and clamped with a 1 um accuracy to a substrate wafer containing Ti-Au contact electrodes. The junctions are fabricated by evaporating Al from two different angles, with an intermediate in-situ oxidation step. Measurements of the devices down to 0.3 K show stencil lithography is a good candidate for parallel, resist-less patterning of sub-micrometer area tunnel junctions. Challenges are addressed and further developments are proposed