ДРОБОВОЙ ШУМ ОДНО-ЭЛЕКТРОННЫХ ВОЗБУЖДЕНИЙ СО СЛОЖНЫМ ПРОФИЛЕМ

1. Одноэлектронный эмиттер – это устройство, которое позволяет контролируемо, в зависимости от напряжения, температуры и прочих факторов, создавать одноэлектронный импульс тока. Источником тока в нем является, так называемая, «квантовая точка», которая соединяется с проводником с помощью туннельного контакта. Импульс тока возникает в процессе того, что квантовый уровень в электронном эмиттере пересекает уровень Ферми электронов в волноводе. А сам импульс создается электроном при переходе из эмиттера в волновод.

2. В прошлой курсовой работе мы предложили метод генерирования одноэлектронных возбуждений со сложным профилем, в частности электронов, имеющих два пика. Суть метода заключается в использовании напряжения со специально подобранной зависимостью от времени для управления работой экспериментального одноэлектронного источника. При непрерывном изменении напряжения, импульс тока имеет один пик. А если потенциал остановить, на некоторое время, в момент, когда электронный уровень пересекает уровень ферми,

То импульс тока будет иметь два пика, разделенных участком где тока нет. Он соответствует тому периоду времени, в который потенциал не меняется.

3. В данной курсовой работе, задачей являлось выяснить влияет ли форма одноэлектронного возбуждения на эффективное число частиц, связанных с этим возбуждением. Или, другими словами, является ли возбуждение со сложным профилем действительно одно-частичным или представляет собой многочастичное облако.

4. Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо исследовать дробовой шум.

Причина возникновения дробового шума состоит в том, что при рассеянии частица может либо отразиться от квантового точечного контакта и двигаться к третьему контакту, либо протуннелировать сквозь квантовый точечный контакт и двигаться к четвертому контакту. При этом одна и та же частица не может вносить вклад как в ток І₃, так и в ток І₄. Следовательно, мгновенный ток в любом из контактов, обуслов­ленный прохождением одной частицы, будет отли­чаться от среднего тока, то есть ток будет флуктуировать.

Для характеристики этих флуктуаций, в эксперименте измеряли коррелятор тока P₃₄, который вычисляется следующим образом. Здесь дельта І – отклонение тока от среднего значения, D – вероятность прохождения через точечный контакт, t – время, е – заряд электрона. Коррелятор тока равен количеству электронов и дырок, которые генерирует источник тока за один период времени Ттау. Знак минус появляется по тому что в контакте, в который пришла частица, значение тока будет больше среднего, а отклонение соответственно будет положительным. В другом же контакте мгновенное значение тока меньше среднего, то есть отклонение – отрицательное. Произведение этих величин будет отрицательным.

5.

Измерение единичного импульса тока предоставляет информацию о разности числа электронов и дырок, связанных с этим импульсом, так как они имеют противоположный заряд. Измерение же шума дает информацию о сумме числа электронов и дырок, так как квадраты их зарядов имеют одинаковый знак. Поэтому, измеряя обе эти величины, мы можем определить отдельно число электронов и отдельно число дырок, связанных с единичным импульсом тока.

6. В качестве среды для разработки использовался Lazarus — свободная среда разработки программного обеспечения на языке Object Pascal для компилятора Free Pascal.

Программа использует следующие выражения для вычисления дробового шума.

Где, S_п – коэффициент Фурье

где - период, n – номер гармоники, t – время, S – амплитуда рассеяния

Т – прозрачность барьера, - фаза, которую приобретает электрон при однократном

прохождении вдоль периметра кольца

Для удобства вычислений, разделим на мнимую и действительную часть и

преобразуем выражение. Далее, подставляем эти значения во 2ю формулу для вычисления коэффициентов Фурье

С использованием программы, были получены следующие зависимости дробового

шума от времени.

7. Результаты

На изображенном графике вы видите зависимость числа частиц от времени

задержки при разных параметрах эмиттера. Черный цвет – Т=0,5. Розовый

– 0,3. Синий - 0,1.

Благодаря полученным графикам, нами было обнаружено, что одноэлектронные

возбуждения фактически не являются одноэлектронными, а соответствуют нескольким возбужденьям. А именно, электрону, который покидает источник, а также нейтральным возбуждениям «фермиевского моря», которые возникают в тот промежуток времени, когда квантовый уровень в источнике находился неподвижно вблизи уровня Ферми.

Эти нейтральные возбуждения представляют собой электрон-дырочные

пары. Количество этих пар не фиксировано, а флуктуирует, что приводит к тому, что

измеряемый шум соответствует не целому числу частиц.

Например, для этой точки, измерение шума показывает, что число электронов =1,5, а число дырок – 0,5.

Вычисления показали, что число электрон-дырочных пар возрастает при увеличении времени задержки. Это понятно, так как система дольше находится в состоянии, когда такие пары образуются. Механизм образования таких пар можно представить след образом:

когда квантовый уровень находится вблизи уровня Ферми, то электрон может покинуть кВ точку перейдя на не занятые сост. в электронном волноводе, в то же время, другой электрон из волновода может перейти в кВ точку, таким об в волноводе об электрон от первого процесса и дырка от второго процесса. Такие переходы являются виртуальными, то есть образование электрона и дырки происходит одновременно, что приводит к тому, что эти част не вносят вклад в ток. (те они движутся вместе).

1. количество электрон-дырочных пар возрастает с уменьшением вероятность прохождения из кВ точки в волновод. Это особенность пока остается не ясной.

8. Выводы

В данной курсовой работе было исследована зависимость дробового шума от времени задержки потенциала металлического электрода, который использовался для генерирования двухпиковых возбуждений. Для этого была разработана специальная программа, которая, по заданным данным, рассчитывала эту зависимость. В результате анализа графиков зависимостей, можно сделать следующие выводы:

1. Одноэлектронные возбуждения фактически не являются одноэлектронными, а соответствуют нескольким возбужденьям. А именно, электрону, который покидает источник, а также нейтральным возбуждениям, которые представляют собой электрон-дырочные пары. Количество этих пар не фиксировано, а флуктуирует, что приводит к тому, что измеряемый шум соответствует не целому числу частиц.

2. Число электрон-дырочных пар возрастает при увеличении времени задержки

3. Количество электрон-дырочных пар возрастает с уменьшением вероятности прохождения из квантовой точки в волновод.

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: