El soroll és una característica fonamental de qualsevol mesura elèctrica que calculi les fluctuacions aleatòries i correlacionades del senyal. Encara que el soroll sol ser indesitjable, aquest es pot utilitzar per detectar efectes quàntics.
Un nou treball de recerca ha publicat un nou tipus de soroll electrònic diferent de tots els anteriors. La comprensió d'aquest tipus de soroll pot ser essencial per dissenyar, de forma eficient, electrònica a nivell de nanoescala. |
| https://3c1703fe8d.site.internapcdn.net/newman/csz/news/800/2018/3-electronicno.jpg |
Fa més d'un segle, en el 1918, el físic alemany Walter Schottky va publicar un document sobre les causes i manifestacions del soroll en les mesures elèctriques. Schottky va demostrar que un corrent elèctric produït per una tensió aplicada era sorollós, fins i tot a la temperatura del zero absolut, quan s'havia aturat tot el moviment aleatori induït pel calor. El soroll va ser una conseqüència directa de la càrrega elèctrica quantitzada que va arribar a unitats discretes. El soroll es va anomenar shot noise, ja que va ser com a resultat de la granularitat del flux de càrrega.
En els sistemes que es troben en equilibri tèrmic, es produeix un soroll amb propietats diferents del shot noise, a temperatures no nul·les conegudes com a soroll Johnson-Nyquist. El shot noise és ara, una eina clau per caracteritzar els conductors elèctrics a escala nanomètrica, ja que conté informació sobre propietats de transport quàntic que no es poden revelar a través de les mesures del corrent elèctric.
 |
| https://3c1703fe8d.site.internapcdn.net/newman/csz/news/800/2018/4-electronicno.jpg |
Un canal de transport únic mecànic-quantic, va fer possible les unions resultants en què els electrons es podien transmetre d'un elèctrode a un altre. La probabilitat de transferència d'electrons es pot ajustar variant l'obertura del canal.
Es va proporcionar una instal·lació base per fer una prova ideal per poder explorar les propietats de la contribució acústica fins ara ignorada. Quan es va aplicar una diferència de temperatura entre els dos elèctrodes, els autors van observar un fort augment del soroll electrònic en comparació amb els elèctrodes a la mateixa temperatura. El nou soroll, denominat 'soroll delta-T', escalat amb el quadrat de la diferència de temperatura, mostra una dependència similar de la conductància elèctrica com el shot noise.
 |
| https://www.weizmann.ac.il/chemphys/orental/sites/chemphys.orental/files/styles/header_mobile_image/public/phone_15.png?itok=2NRCvw8p |
Les conclusions de l'estudi es van explicar a través de la teoria quàntica del transport de càrrega coneguda com a teoria de Landauer, desenvolupada en les últimes dècades. La teoria inclou tant el shot noise com el soroll tèrmic per a proves intensives a escala atòmica i molecular. La teoria va descriure amb precisió moltes observacions experimentals quan estaven en equilibri tèrmic o quan s'aplicaven petites tensions.
En una anàlisi més proper de la teoria, els autors van observar que la inclusió d'un component de soroll, només es produïa quan només s'aplicava una diferència de temperatura a través d'un encreuament tal com pasa experimentalment amb el soroll delta-T. A falta d'una tensió aplicada, pot sorgir un corrent elèctric a causa d'una diferència de temperatura a través d'un fenomen anomenat efecte Seebeck. Segons l'estudi, el soroll delta-T va sorgir de la discrepància entre els portadors de càrrega provocats pel transport tèrmic.
| https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQEtYON2HLWpt666Ed8FMKcRst1e5jhHygckPlbB46rHljyM7QetQ |
Encara que la teoria de Landauer és àmpliament utilitzada, sorprenentment, el soroll de delta-T prèviament no s'havia observat. Per tant, el present treball transmet un missatge clau que requereix un disseny experimental acurat i una anàlisi rigorosa per estudiar els detalls del transport quàntic. A la pràctica, els experiments sobre transport quàntic, que no estaven totalment en equilibri tèrmic, podrien provocar un soroll fort, que es podria confondre amb el soroll derivat de les interaccions entre els operadors de càrrega o per efectes subtils. Un inesperat soroll elevat durant les mesures de corrent elèctric, podria ser degut als gradients de temperatura no intencionats donades unes configuracions experimentals. A la pràctica, el treball dels autors, pot ser utilitzat potencialment per detectar punts calents no desitjats en circuits elèctrics.
 |
| https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2018/10/noise.png |
L'enfocament futur experimental, explorarà la relació entre el soroll del delta-T i del shot noise, amb una dependència no lineal de la tensió aplicada. Aquest fenomen recentment s'ha observat en experiments d'alt voltatge en les unions atòmiques. En combinació amb el soroll tèrmic, el soroll delta-T es pot utilitzar com a sonda per a les diferències de temperatura en els sistemes a nivell de nanoescala. El soroll Delta-T és una sonda versàtil en comparació amb els sensors físics, sense limitar-se a un rang de configuració particular, i que es pot aplicar a conductors de mides variables, inclosos els de l'escala atòmica. La versatilitat permet que el soroll de delta-T es converteixi en una eina atractiva per a la gestió del calor, que inclou el bombeig termoelèctric de calor i dissipació de calor, important per a l'estalvi energètic i per la producció d'energia sostenible. Atès que els gradients de temperatura involuntàriament es solen produir-se en circuits electrònics, per evitar efectes limitats del rendiment del soroll delta-T, els gradients de temperatura s'han de minimitzar. La sensibilitat del soroll de delta-T sobre les propietats i les interaccions dels transportistes de càrrega podria convertir-se en una eina valuosa en el transport quàntic.
Font: Nuture
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada