p O ruído é uma característica fundamental de qualquer medição elétrica que calcula flutuações de sinal aleatórias e correlacionadas. Embora o ruído seja tipicamente indesejável, o ruído pode ser usado para testar efeitos quânticos e quantidades termodinâmicas. Escrevendo em Natureza , Shein Lumbroso e colegas de trabalho agora relatam um novo tipo de ruído eletrônico que se descobriu ser diferente de todas as outras observações anteriores. Compreender esse ruído pode ser essencial para projetar eletrônicos eficientes em nanoescala. p Mais de um século atrás, em 1918, O físico alemão Walter Schottky publicou um artigo descrevendo as causas e manifestações de ruído em medições elétricas. Na publicação, Schottky mostrou que uma corrente elétrica produzida por uma voltagem aplicada era ruidosa, mesmo em temperatura zero absoluta, quando todos os movimentos aleatórios induzidos pelo calor pararam. O ruído era uma consequência direta da carga elétrica quantizada que chegava em unidades discretas. O ruído foi denominado 'ruído de tiro, 'como resultado da granularidade do fluxo de carga.

p Em sistemas que estão em equilíbrio térmico, ruído com propriedades distintamente diferentes do ruído de disparo entrou em jogo em temperaturas diferentes de zero conhecidas como ruído de Johnson-Nyquist. O ruído de disparo é agora uma ferramenta fundamental para caracterizar condutores elétricos em nanoescala, uma vez que contém informações sobre propriedades de transporte quântico que não podem ser reveladas por meio de meras medições de corrente elétrica.

p No estudo, os autores estudaram junções compostas de átomos ou moléculas individuais suspensas entre um par de eletrodos de ouro. Os eletrodos foram fabricados quebrando um fio de ouro fino em duas partes e trazendo-os suavemente de volta ao contato. Nesse processo, moléculas de hidrogênio foram evaporadas no dispositivo, conhecido como uma junção de ruptura mecanicamente controlável, para capturar átomos ou moléculas individuais entre as pontas dos eletrodos e estabelecer um contato elétrico.

p Um canal de transporte mecânico quântico único constituiu as junções resultantes em que os elétrons poderiam ser transmitidos de um eletrodo para o outro. A probabilidade de transferência de elétrons pode ser ajustada variando a abertura do canal. Uma configuração de bancada de teste ideal foi, portanto, fornecida para explorar as propriedades de contribuição de ruído até agora negligenciadas. Quando uma diferença de temperatura foi aplicada entre os dois eletrodos, os autores observaram um forte aumento do ruído eletrônico em comparação com eletrodos na mesma temperatura. O novo ruído, denominado 'ruído delta-T, 'dimensionado com o quadrado da diferença de temperatura, exibindo dependência semelhante de condutância elétrica como ruído de disparo.

p Os resultados do estudo foram explicados por meio da teoria quântica de transporte de carga conhecida como teoria de Landauer, desenvolvido nas últimas décadas. A teoria incluía ruído de disparo e ruído térmico para testes intensivos em escala atômica e molecular. A teoria descreveu com precisão muitas observações experimentais ao trabalhar inteiramente em equilíbrio térmico ou ao aplicar pequenas tensões.

p Em uma inspeção mais próxima da teoria, os autores observaram que a inclusão de um componente de ruído só ocorria quando uma diferença de temperatura era aplicada apenas em uma junção, conforme observado experimentalmente com ruído delta-T. Na ausência de uma tensão aplicada, uma corrente elétrica pode surgir devido a uma diferença de temperatura por meio de um fenômeno denominado efeito Seebeck. De acordo com o estudo, o ruído delta-T surgiu da discrição dos portadores de carga mediando o transporte de calor.

p Embora a teoria de Landauer seja amplamente utilizada, surpreendentemente, ruído delta-T não foi observado anteriormente. O presente trabalho, portanto, transmitiu uma mensagem chave de que um projeto experimental cuidadoso e uma análise rigorosa são necessários para estudar os detalhes do transporte quântico. Na prática, experimentos de transporte quântico que não estavam totalmente em equilíbrio térmico poderiam mostrar ruído fortemente intensificado, que pode ser confundido com ruído proveniente de interações entre portadores de carga ou devido a efeitos sutis. Ruído inesperadamente alto em medições de corrente elétrica pode ser devido a gradientes de temperatura não intencionais em configurações experimentais. Na prática, o trabalho dos autores pode ser potencialmente usado para detectar pontos quentes indesejáveis ​​em circuitos elétricos.

p O foco experimental futuro irá explorar a relação entre o ruído delta-T e o ruído do tiro, com uma dependência não linear da tensão aplicada. Este fenômeno foi recentemente observado em experimentos de alta voltagem em junções atômicas. Em combinação com ruído térmico, O ruído delta-T pode ser usado como uma sonda para diferenças de temperatura em sistemas em nanoescala. O ruído Delta-T é uma sonda versátil em comparação com sensores físicos, não limitado a um determinado intervalo de configuração, e que pode ser aplicado a condutores de tamanhos variáveis, incluindo aqueles em escala atômica. A versatilidade permite que o ruído delta-T se torne uma ferramenta atraente para o gerenciamento de calor, que inclui termoeletricidade, bombeamento de calor e dissipação de calor, importante para a economia de energia e produção de energia sustentável. Uma vez que os gradientes de temperatura são frequentemente produzidos de forma não intencional em circuitos eletrônicos, para evitar efeitos de limitação de desempenho do ruído delta-T, os gradientes de temperatura devem ser minimizados. A sensibilidade do ruído delta-T nas propriedades e interações dos portadores de carga pode se tornar uma ferramenta valiosa no transporte quântico. p © 2018 Science X Network