1 / 29

Образовательный семинар Дробовой шум в мезоскопических контактах

Учреждение Российской академии наук Институт физики микроструктур РАН. Образовательный семинар Дробовой шум в мезоскопических контактах. Аспирант ИФМ РАН Хаймович Иван, Научный руководитель д.ф.-м.н. Мельников А.С. ИФМ РАН. Нижний Новгород 20 1 2 г. План доклада . Введение

raisie
Download Presentation

Образовательный семинар Дробовой шум в мезоскопических контактах

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Учреждение Российской академии наукИнститут физики микроструктур РАН Образовательный семинарДробовой шум в мезоскопических контактах Аспирант ИФМ РАН Хаймович Иван, Научный руководительд.ф.-м.н. Мельников А.С. ИФМ РАН Нижний Новгород2012 г.

  2. План доклада • Введение • Спектральная плотность тока • Типы шумов в электронных приборах • Тепловой шум • Дробовой шум • Фликкер-шум • Теория • Формула Ландауэра для кондактанса • Одноканальная формула для равновесногошума в мезоскопических контактах • Полная формула для равновесного шума в мезоскопических контактах • Эксперимент • Проблемы измерения • Подтверждение мезоскопических формул Всего слайдов: 29

  3. Введение. Спектральная плотность тока • Автокорреляционная функция (стационарный процесс) • Спектральная плотность шумового тока • Типы шумов по спектру • Белый шум • Фликкер (1/f) шум • … Всего слайдов: 29

  4. Введение. Типы шумов. • Тепловой шум (Θ0) • Равновесный шум Джонсона-Найквиста • Θ – температура • Дробовой шум (q0) • Формула Пуассона • Фликкер-шум (редкие выбросы) • Другие типы шумов • Шум генерации-рекомбинации • Взрывной шум (случайный телеграфный сигнал) • … M.B. Johnson, Phys. Rev. 29, 367 (1927); H. Nyquist, Phys. Rev. 32, 110 (1928) • Shottky Ann. Phys. (Leipzig) 57, 16432 (1918) Всего слайдов: 29

  5. Теория. Рассматриваемая система. • Равновесная система • Вырожденный газ электронов • Линейный отклик системы • Управляемая проводимость (число каналов) R.Landauer, IBM J. Res. Dev. 1, 233 (1957); 32, 306 (1988) Всего слайдов: 29

  6. Теория. Одноканальная формуладля равновесного шума.  f R(E) f L(E) eik x S t eik x r e-ik x 0 L x Th.Martin, R.Landauer, PRB 45, 1742 (1992) Всего слайдов: 29

  7. Теория. Одноканальная формула для равновесного шума. Q(k,) – случайная величина с распределениемвероятностей W (T1=|t1|2) E E μ L S Q(k,)=0 μ R f R(E) f L(E) Th.Martin, R.Landauer, PRB 45, 1742 (1992) Всего слайдов: 29

  8. Теория. Одноканальная формула для равновесного шума. Q(k,) – случайная величина с распределениемвероятностей W (T1=|t1|2) E E μ L S Q(k,)=e μ R eik x t1 eik x f R(E) f L(E) T1=|t1|2 Th.Martin, R.Landauer, PRB 45, 1742 (1992) Всего слайдов: 29

  9. Теория. Одноканальная формула для равновесного шума. Q(k,) – случайная величина с распределениемвероятностей W (T1=|t1|2) E E μ L S Q(k,)=0 μ R r1 e-ik x eik x f R(E) f L(E) 1-T1=|r1|2 Th.Martin, R.Landauer, PRB 45, 1742 (1992) Всего слайдов: 29

  10. Теория. Одноканальная формула для равновесного шума. Q(k,) – случайная величина с распределениемвероятностей W (T1=|t1|2) E E μ L S Q(k,)=-e μ R t1' e-ik x e-ik x f R(E) f L(E) T1=|t1’|2 Th.Martin, R.Landauer, PRB 45, 1742 (1992) Всего слайдов: 29

  11. Теория. Одноканальная формула для равновесного шума. Q(k,) – случайная величина с распределениемвероятностей W (T1=|t1|2) E E μ L S Q(k,)=0 μ R r1' eik x e-ik x f R(E) f L(E) 1-T1=|r1’|2 Th.Martin, R.Landauer, PRB 45, 1742 (1992) Всего слайдов: 29

  12. Теория. Одноканальная формула для равновесного шума. Q(k,) – случайная величина с распределениемвероятностей W (T1=|t1|2) E E μ L S Q(k,)=0 μ R f R(E) f L(E) Th.Martin, R.Landauer, PRB 45, 1742 (1992) Всего слайдов: 29

  13. Теория. Одноканальная формула для равновесного шума.  f R(E) f L(E) eik x S t eik x r e-ik x 0 L x Всего слайдов: 29

  14. Теория. Одноканальная формула для равновесного шума. Q(k,) – случайная величина с распределениемвероятностей W (T1=|t1|2) Всего слайдов: 29

  15. Теория. Одноканальная формула для равновесного шума. Предел высоких температур – формула Найквиста Всего слайдов: 29

  16. Теория. Одноканальная формула для равновесного шума. Предел низких температур – дробовой шум Предел низкой прозрачности барьера – формула Пуассона Всего слайдов: 29

  17. Теория. Общая формуладля равновесного шума. f L(E) f R(E) tmn eikm x eikn(E) x S 0 L x rmn e-ikm x  Всего слайдов: 29

  18. Теория. Общая формуладля равновесного шума. Сведение многоканального случая к сумме одноканальных f L(E) f R(E) eikn(E) x Tn1/2 eikn x S 0 L x (1-Tn) 1/2 e-ikn x Th.Martin, R.Landauer, PRB 45, 1742 (1992)  Всего слайдов: 29

  19. Теория. Общая формула для равновесного шума. Итоговая многоканальная формула Предел высоких температур – формула Найквиста Всего слайдов: 29

  20. Теория. Общая формула для равновесного шума. Итоговая многоканальная формула Предел низких температур – дробовой шум Предел низкой прозрачности барьера – формула Пуассона Всего слайдов: 29

  21. Теория. Частные случаи. • Низкие температуры – формула дробового шума • Линейность по напряжению (току) • Фактор подавленияшумов в высокопрозрачных системах (фактор Фано): • Одноканальный предел F=1-T1 Всего слайдов: 29

  22. Эксперимент. Трудности измерения дробового шума. • Нелинейность ВАХ • Разогрев электронов полем • Выделение на фоне других шумов: • Теплового шума • Фликкер-шума • Шумов усилителей Всего слайдов: 29

  23. Эксперимент. Трудности измерения дробового шума. • Низкие напряжения (линейность ВАХ, без разогрева) • Низкие температуры(избавление от тепловых шумов) • Синхронное детектирование (от фликкер-шума): • Модуляция входного сигнала • Усиление выходного сигнала • Умножение выходного сигнала на модулирующий • Обужение частотной полосы (фильтрация) • НО: частота модуляции меньше частоты «завала» дробового шума (ω<ωcutoff) • Корреляционный сигнал от независимых усилителей Всего слайдов: 29

  24. Эксперимент. Цель измерения. • Глазман, Лесовик, Хмельницкий, Шехтер Письма в ЖЭТФ 48, 218 (1988) • Buttiker PRB 41, 7906 (1990) • Reznikov et al PRL 75, 3340 (1995) • экспоненциальная формула для Tn • Проверка формулы T(1-T) – всплески шумов на переходах между плато по напряжению затвора • Линейность шума по напряжению «исток-сток» Всего слайдов: 29

  25. Эксперимент. Результаты. • Сравнение с экспериментом (Резников) • Reznikov et al PRL 75, 3340 (1995) Всего слайдов: 29

  26. Эксперимент. Цель измерения. • Kumar et al PRL 76, 2778 (1996) • Независимость спектральной плотности от частоты • Линейность шума по напряжению «исток-сток» в одноканальном пределе • Переход от подавленного к классическому дробовому шуму Всего слайдов: 29

  27. Эксперимент. Результаты. • Сравнение с экспериментом (Kumar) • Kumar et al PRL 76, 2778 (1996) Всего слайдов: 29

  28. Выводы. • Дробовой шум в мезоскопических контактах подавлен по сравнению баллистическими системами (фактор Фано) • Хорошее согласие с экспериментом • Линейность по напряжению «исток-сток» • «Всплески» по напряжению на затворе • (1-T1)-подавление в одноканальном пределе Всего слайдов: 29

  29. Список использованной литературы • Обзорыи книги • Ya. M. Blanter, M. Buttiker,Phys. Rep. 336, 1 (2000)[arXiv: cond-mat/9910158v2] • M. J. M. de Jong, C. W. J. Beenakker "Mesoscopic Electron Transport," edited by L.L. Sohn, L.P. Kouwenhoven, and G. Schoen, NATO ASI Series Vol. 345 (Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1997), pp. 225-258 [arXiv: cond-mat/ 9611140v1] • С.М. Рытов «Введение в статистическую радиофизику», том 1, 1976 • А. Ван дерЗил «Шум. Источники, описание, измерение», 1973 • М. Букингем «Шумы в электронных приборах и системах», 1986 • S. Datta “Electronic Transport in Mesoscopic Systems”, 1999 • Классические формулы • Формула Ландауэра –R.Landauer, IBM J. Res. Dev. 1, 233 (1957); 32, 306 (1988) • ФДТ – Ландау, Лифшиц, том 5 «Статистическая физика. Часть 1» • Тепловой шум– (эксп.)M.B. Johnson, Phys. Rev. 29, 367 (1927); –(теор.)H. Nyquist, Phys. Rev. 32, 110 (1928) • Дробовой шум – W. Shottky, Ann. Phys. (Leipzig) 57, 16432 (1918) • Эксперименты • Квантование кондактанса – B.J. van Wees et al., PRL 60, 848 (1988) • Дробовой шум в мезоскопических контактах – M.Reznikov et al., PRL 75, 3340 (1995); A. Kumar et al., PRL 76, 2778 (1996); … • Подход волновых пакетов к вычислению шума • Th.Martin, R.Landauer, PRB 45, 1742 (1992) Всего слайдов: 29

More Related