Josephson junctions as detectors of non-Gaussian noise
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Author
Date
2008
Department
Major/Subject
Optiikka ja molekyylimateriaalit
Mcode
Tfy-125
Degree programme
Language
en
Pages
82
Series
Abstract
Mesoskooppisissa johteissa varauksenkuljettajien diskreetin luonteen takia syntyvä sähkövirran raekohina on tällä hetkellä voimakkaan kokeellisen ja teoreettisen tutkimuksen kohteena. Pelkän kohinan varianssin lisäksi on alettu kiinnittää huomiota myös virran korkeamman asteen korrelaatiofunktioihin, jotka viittaavat kohinan ei-gaussiseen jakaumaan. Tässä diplomityössä käsitellään suprajohtavien Josephson-liitosten hyödyntämistä raekohinan ilmaisimina. Kohinasta ja sen lähteestä saadaan tietoa epäsuorasti mittaamalla lähteeseen vahvasti kytketyn ilmaisinliitoksen vastetta. Josephson-liitos muodostuu yhdistettäessä kaksi suprajohtavaa metallista elektrodia toisiinsa heikon linkin kuten ohuen eristävän oksidikerroksen välityksellä. Liitoksen metastabiilin supravirtatilan hajoamisnopeus ja siten sen elinikä riippuvat eksponentiaalisesti rakenteen läpi kulkevasta keskimääräisestä virrasta, jolloin se soveltuu herkäksi virran kynnysilmaisimeksi. Jos biasvirrassa ei esiinny raekohinaa, hajoamisnopeuden määrää lämpötilasta riippuen klassinen terminen aktivaatio potentiaalivallin yli tai makroskooppinen kvanttitunnelointi. Raekohina vaikuttaa vahvasti tähän hajoamisnopeuteen, ja rakenne toimii myös kohinan mittarina. Työssä tarkastellaan aiemmin esitettyjä menetelmiä liitoksen supravirtatilan hajoamisnopeuden laskemiseksi sekä klassisella että kvanttimekaanisella rajalla, kun huomioon otetaan raekohinan toinen ja kolmas kumulantti. Kokeellisia tarkasteluja varten valmistettiin elektronisuihkulitografiaa ja monikulmahöyrystystä käyttäen näytteitä, joissa ilmaisinliitos on kytkettävissä virtakohinan lähteenä toimivaan normaalimetallin ja suprajohteen väliseen tunnelointiliitokseen. Mittaukset suoritettiin 3He-4He -diluutiojäähdyttimessä noin sadan millikelvinin lämpötilassa. Työn olennaisin kokeellinen tulos on detektorin supravirtatilan hajoamisnopeuksien eron luotettava mittaaminen asetelmassa, jossa kohinalähteen esijännite käännetään, mutta ilmaisimen läpi kulkeva keskimääräinen virta pidetään tarkasti vakiona. Lisäksi tutkittiin kohinalähteen konduktanssin vaikutusta detektorin vasteeseen. Mittaustulokset noudattavat mallia, jossa detektoriliitoksen dynamiikkaa kuvataan efektiivisellä raekohinan varianssista riippuvalla lämpötilalla, ja jossa kohinan kolmas kumulantti aiheuttaa havaitun hajoamisnopeuksien eron. Kohinalähdettä kuvaavien Fano-tekijöiden tai muiden suureiden kvantitatiivinen määritys ei ole vielä mahdollista ilmaisinliitoksen vaikeasta kalibroitavuudesta johtuen. Tähän tullaan kiinnittämään huomiota tulevissa kokeissa, joissa on suunniteltu käytettäväksi säädettäviä kohinalähteitä kuten kvanttipistekontakteja, ja tutkittavaksi tarkemmin pienillä kohinavirroilla ja matalissa lämpötiloissa olennaisia kvanttimekaanisia ilmiöitä.Description
Supervisor
Kaivola, MattiThesis advisor
Pekola, JukkaKeywords
superconductivity, suprajohtavuus, Josephson junction, Josephson-liitos, , virtakohina, resuspension, ei-gaussinen, current noise, metastabiili, non-Gaussian, metastable
