[논문 리뷰] Non-equilibrium noise in a mesoscopic conductor: microscopic analysis

B. L. Altshuler, Leonid Levitov외 1명|arXiv (Cornell University)|1994. 05. 23.

Quantum and electron transport phenomena참고 문헌 2인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 비평형 켈디시 형식을 사용하여 메조스코픽 도체에서 비평형 전류 노이즈의 미시적 유도를 제시한다. 시간에 따라 변하는 전압 하에서 전류 변동에 대한 일반적인 표현을 유도하며, ∫V(t)dt에 대해 주기적인 위상에 민감한 노이즈를 보이며 주기 h/e를 가지며, DC 전압에서 양자적-고전적 샷 노이즈 감소 요인 1/3을 예측한다. 이는 이후 비아커와 뷔티커의 결과와 일치한다.

ABSTRACT

Current fluctuations are studied in a mesoscopic conductor using non-equilibrium Keldysh technique. We derive a general expression for the fluctuations in the presence of a time dependent voltage, valid for arbitrary relation between voltage and temperature. Two limits are then treated: a pulse of voltage and a DC voltage. A pulse of voltage causes phase sensitive current fluctuations for which we derive microscopically an expression periodic in $\int V(t)dt$ with the period $h/e$. Applied to current fluctuations in Josephson circuits caused by phase slips, it gives an anomalous contribution to the noise with a logarithmic singularity near the critical current. In the DC case, we get quantum to classical shot noise reduction factor 1/3, in agreement with recent results of Beenakker and Büttiker.

연구 동기 및 목표

• 비평형 조건 하에서 메조스코픽 도체의 전류 노이즈에 대한 미시적 이론을 개발하기 위해.
• 특히 비파erturbative 영역에서 시간에 따라 변하는 전압에 의해 구동될 때 전류 변동의 거동를 다루기 위해.
• DC 전압 존재 하에서의 양자적-고전적 노이즈 전이를 해결하기 위해.
• 임계 전류 근처에서 위상 슬립으로 인한 조셉슨 접합에서의 이상한 노이즈 기여를 설명하기 위해.
• 선형 반응 이론을 초월하여 임의의 전압-온도 관계에 대해 유효한 일반적인 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• 메조스코픽 시스템에서의 전자 이동을 기술하기 위해 비평형 Keldysh 장 이론 형식을 사용하기 위해.
• 임의의 시간에 따라 변하는 전압 편향 하에서 전류-전류 상관 함수에 대한 일반적인 표현을 유도하기 위해.
• 두 극한 경우 분석: 짧은 전압 펄스와 일정한 DC 전압.
• Keldysh 기법을 사용하여 양자 간섭 효과를 포함한 노이즈 스펙트럼을 계산하기 위해.
• 로그 싱귤러리티를 가진 위상 슬립에 의한 노이즈를 연구하기 위해 조셉슨 회로에 이 형식을 적용하기 위해.
• 노이즈 전력 스펙트럼을 평가하여 DC 근처에서의 샷 노이즈 감소 요인을 추출하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 시간에 따라 변하는 전압 편향 하에서 메조스코픽 도체에서 전류 변동은 어떻게 행동하는가?
• RQ2 전압 펄스에 대한 반응에서 위상에 민감한 노이즈의 미시적 기원은 무엇인가?
• RQ3 DC 근처에서 샷 노이즈에 대한 양자 보정은 무엇이며, 고전적 예측과 비교해 보면 어떻게 되는가?
• RQ4 조셉슨 접합에서의 위상 슬립은 임계 전류 근처에서 이상한 노이즈에 어떻게 기여하는가?
• RQ5 Keldysh 형식은 전압과 온도의 전체 범위에서 비평형 노이즈를 일관되게 기술할 수 있는가?

주요 결과

• 전류 노이즈는 전압 펄스의 적분에 대해 주기적인 의존성을 보이며 주기 h/e를 가지며, 위상 보존 양자 간섭을 나타낸다.
• 전압 펄스의 경우, 노이즈 스펙트럼은 위상 슬립으로 인한 이상한 기여를 포함하며, 조셉슨 회로에서 임계 전류 근처에서 로그 싱귤러리티를 보인다.
• DC 근처에서 양자 노이즈 전력은 고전적 샷 노이즈보다 1/3 감소하며, 비트란한 양자 보정을 확인한다.
• 유도된 노이즈 표현은 임의의 전압-온도 비율에 대해 유효하며 선형 반응 영역을 초월한다.
• 최근 비아커와 뷔티커의 결과와 일치하여, 미시적 접근의 타당성을 검증한다.
• 이 형식은 위상 보존 터널링과 전송에서의 양자 간섭을 포함한 비파erturbative 효과를 포괄한다.