摘要
自从一个世纪前被发现以来1，2，3.电子热噪声和射击噪声，这些形式的基本噪声对科学技术的研究和应用产生了巨大的影响。它们可以用来探测量子效应和热力学量4，5，6，7，8，9，10，11，但它们在电子设备中也被认为是不可取的，因为它们会模糊目标信号。电子热噪声是在有限(非零)温度下的平衡状态下产生的，而电子射击噪声是非平衡电流噪声，是由传入电子的部分传输和反射(分区)产生的8．到目前为止，脉冲噪声是由电压刺激的，或者直接施加电压8或者被辐射激活12，13．在这里，我们报告了由纳米级导体之间的温差产生的基本电子噪声的测量，我们称之为“delta-T噪声”。我们实验证明了这种噪声在原子和分子结，并从理论上分析它使用兰道尔形式8，14．我们的研究结果表明，δ - t噪声不同于热噪声和电压激活射击噪声8．像热噪声一样，它有一个纯热的起源，但是t噪声只在平衡状态下产生。Delta-T噪声与标准shot噪声具有相同的分区来源，但被不同的刺激所激活。我们推断，delta-T噪声与热噪声相结合可以用于检测纳米级导体之间的温差，而不需要制造复杂的局部探针。因此，它可以极大地促进纳米尺度热传输的研究。在现代电子技术中，电子元件之间的温差往往是无意中产生的。考虑到delta-T噪声在这些情况下的贡献，对于设计在量子极限下高效的纳米电子器件可能是必不可少的。
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确认
O.T.感谢Harold Perlman家族的支持，并感谢Dana和Yossie Hollander、以色列科学基金会(资助号1089/15)和Minerva基金会(资助号120865)的研究资助。D.S.感谢来自NSERC发现补助金和加拿大研究主席计划的支持。A.N.的研究得到了美国国家科学基金会(资助号CHE1665291)、以色列-美国两国科学基金会、德国研究基金会(DFG TH 820/11-1)和宾夕法尼亚大学的支持。L.S.感谢多伦多大学化学系提供的特殊机会研究生旅行奖学金。
审核人信息
自然感谢E. Scheer和其他匿名审稿人对本工作的同行评审所作的贡献。
作者信息
作者及隶属关系
贡献
该项目由O.T.构思，实验由O.S.L.和O.T.设计，并由O.S.L.在O.T.的监督下执行，理论推导由l.s.、A.N.和D.S.完成，手稿由O.S.L.、D.S.和O.T.撰写，所有作者都对最终版本的手稿做出了贡献。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
额外的信息
出版商的注意:施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展的数据图形和表格
扩展数据图1 Au/H的表征2分子连接。
裸金原子结(棕色)和金/氢电导直方图2分子连接(蓝色)显示。直方图由至少1500个电导与100 mV偏置电压下记录的电极位移迹线组成。A.u，任意单位。
扩展数据图2电子测量设置。
电导和噪声测量电子电路的原理图显示。电子电路由两个可切换的测量电路组成:电导电路(紫色)和噪声电路(蓝色)。
扩展数据图3基于热噪声的温度计校准。
用热噪声测量的温度与用二极管温度计测量的温度(黑圈;垂直误差条小于圆的直径)。误差条对应于我们测量中的系统误差。为了引导眼睛，虚线灰色对应1:1的比例。红线是数据的线性拟合。温度计温度的校准是由这个配合完成的TTN=(1.28±0.02)T小卡−1.0±0.5 KT小卡是温度计测得的温度吗?插图显示了热噪声温度为37.10±0.04 K时热噪声与电导(黑点)的测量示例。蓝线是确定热噪声温度的线性拟合。在不同的温度下重复该测量过程以构建主图。当结被加热到高于设置的基本温度时，连接到电极尖端的温度计总是显示比由热噪声确定的温度更低的温度。
图4 Au/H的抛丸噪声分析2连接。
法诺因子提取从射击噪声和电导测量20.，29显示了4.6 K时不同结实现的电导(ΔT= 0)。粗红色曲线提供了最小的范诺因子。在1以下的这条线上累积的数据G0指示具有单一传输通道的连接22．虚线提供了两个通道可以为相关电导产生的最大范诺因子。插图显示了基于实测范诺因子和电导的数值分析的主要六个传输通道的传输概率32查看主面板上三个有标记的个案(I、II、III)。误差条提供了满足测量电导和发射噪声的传输解的范围。插图I显示了一个结的特征是范诺因子和电导数据附近的红色曲线通过一个单一的主导通道进行，只有次要通道的贡献很小。相比之下，图III举例说明了在虚线曲线附近具有范诺因子和电导数据的结可以通过两个主要通道传导，其他通道可能有少量贡献。
图5有限温差下的噪声测量。
一个，为一组不同结实现的电流-电压曲线\ ({T} \ \酒吧)= 13.3±0.3 K，∆T= 12.6±0.2 k。每个结的电导由曲线的斜率得到。在这里,G= 0.82G0, 1.52G0, 2.57G0, 4.05G0, 5.30G0和6.34G0，均为±0.01G0，从最小斜率开始计算。b，总噪声作为频率的函数对于相同的连接检查一个．顶谱对应于电导最高的结。噪声被低通抑制钢筋混凝土由于设置的电容和有限的样品和导线电阻而产生的滤波。c，例如钢筋混凝土传递函数和\({} _{我}^ {{\ rm{我}}{\ rm {n}}} \)拟合固定温度(5.4±0.5 K)和不同电导值(0.51G0-6.03G0±0.01G0)．箭头指向电导增加的方向G．d，同c的固定电导G= 0.77G0±0.01G0，不同温度(5.4±0.5 K ~ 37.5±0.9 K)，箭头指向温度升高的方向T．设置电容和\({} _{我}^ {{\ rm{我}}{\ rm {n}}} \)从管件中提取。e中给出的数据b由钢筋混凝土传递函数，然后减去\({} _{我}^ {{\ rm{我}}{\ rm {n}}} \)．f，总噪声作为电导的函数，通过平均中给出的噪声得到e频率范围为180 - 230khz，蓝色e．
扩展数据图7在零点和有限温差下测量的过量噪声。
一个，b，多余的噪声作为电导的函数，在检查的分子结中测量，如图所示。2 a, b，包括误差条，对应于我们测量中的系统误差。误差条的大小与半透明红色符号的直径相当或略大。
补充信息
补充信息
这个文件包含了delta-T噪声理论表达式的推导，以及在外加电压和温差下电流噪声的更一般的结果。该文件还包括补充图1和2以及其他参考文献。
权利和权限
关于本文
引用本文
Lumbroso, O.S, Simine, L.， Nitzan, A。et al。原子尺度结中温差引起的电子噪声。自然562， 240-244(2018)。https://doi.org/10.1038/s41586-018-0592-2
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发行日期：
DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-018-0592-2
关键字
- 电子热噪声
- 炮丸噪声测量
- 分子连接
- 纳米尺度的导体
- 范诺因素
这篇文章被引用
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