[論文レビュー] Recent Advances in Studies of Current Noise

Ya. M. Blanter|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2005

Quantum and electron transport phenomena参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

2000年以降のナノ構造における電流ノイズ研究の最近の実験的・理論的進展を要約する。非対称化された積率、カウント統計、スーパー・ポisson的ノイズ、干渉測定を焦点としている。ノイズ測定が、電導のみで検出可能な範囲を超えて、量子もつれ、準粒子電荷、位相崩壊機構を明らかにする仕組みを強調している。

ABSTRACT

This is a brief review of recent activities in the field of current noise intended for newcomers. We first briefly discuss main properties of shot noise in nanostructures, and then turn to recent developments, concentrating on issues related to experimental progress: non-symmetrized cumulants and quantum noise; counting statistics; super-Poissonian noise; current noise and interferometry.

研究の動機と目的

• 分野の初心者向けに、ナノ構造における電流ノイズについての簡潔な紹介を提供すること。
• 特に干渉測定とノイズ相関に注目した、最近の実験的発展に焦点を当てる。
• ノイズ測定が量子もつれ、準粒子統計、位相崩壊機構をどのように探査するかを強調すること。
• 電導のみでは得られない情報をノイズが提供すること、特に位相もつれやエンタングルメントを示す系においてそれを示すこと。
• 任意ons統計や任意ons干渉といった基本的量子現象をプローブする電流ノイズの役割を図示すること。

提案手法

• ノイズのポisson統計に対する抑制度を定量化するために、ファノ係数 F = S(0)/S_P を用いる。
• ショットノイズを伝送固有値 T_p で表すために、ランダウエア＝ビューティカー形式を適用する：S(0) = (2e³|V|/πħ)∑T_p(1−T_p)。
• 非対称化積率およびフルカウント統計を分析し、量子もつれと位相崩壊に関する情報を抽出する。
• 電子的マハーモンズキ・ゼンダー干渉計と2粒子干渉計を用いて、位相依存電導度と電流相互相関を研究する。
• eVτ_c ≪ ℏ（速い環境）または ≫ ℏ（遅い環境）という条件を用いて、速い環境と遅い環境におけるノイズを比較し、ノイズが位相崩壊機構を区別できることを示す。
• 量子ホール効果領域におけるエッジ状態を用いた干渉測定装置を用い、電流相関における干渉効果を分離する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ナノ構造における電流ノイズは、電導を超えて、量子もつれや位相崩壊に関するどのような情報を明らかにするか？
• RQ2 非対称化積率およびフルカウント統計は、メソスコピック系における量子輸送をどのように探査するか？
• RQ3 スーパー・ポisson的ノイズはどのように生じるのか？また、相関系における準粒子電荷に関する何を明らかにするか？
• RQ4 干渉測定装置において、電流相互相関は電導と比較して、磁束や位相揺らぎに対してどのように応答するか？
• RQ5 ノイズ測定は、位相平均化と電子間相互作用による位相崩壊という、もつれの損失の原因を区別できるか？

主な発見

• バルスティック導体（例：量子ポイントコンタクト）におけるショットノイズは、コherent輸送のためゼロに抑制され、ファノ係数 F = 0 となる。
• トンネル障壁ではファノ係数は F = 1 であり、ポisson統計を示すが、拡산ワイヤーでは F = 1/3 となる。
• アンドレーエフ反射を示す系（例：正規金属－超伝導体接合）では、2e電荷の輸送のためファノ係数は F = 2 になる。
• ホール整数量子数 ν = p/q の量子ホールバーにおいて、ファノ係数は F = 1/q となる。これは実験的に分数準粒子電荷を確認している。
• 電子的マハーモンズキ・ゼンダー干渉計では、電流相互相関がアハロノフ＝ボーム振動を示し、位相もつれに敏感である。これにより、位相崩壊機構の検出が可能になる。
• 速い環境（eVτ_c ≪ ℏ）におけるノイズは電導とは異なる挙動を示し、電子間相互作用などの位相崩壊源の特定が可能になる。