Тепловой и дробовой шумы в туннельных структурах на основе сверхпроводников с разной симметрией параметра порядка
Предложен метод исследования сверхпроводящего параметра порядка, симметрия которого может меняться в железосодержащих сверхпроводниках под действием гидростатического давления. Представлены численные расчеты равновесных и неравновесных токовых флуктуаций в структурах нормальный металл–изолятор–сверх...
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2014
|
| Назва видання: | Физика и техника высоких давлений |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/107345 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Тепловой и дробовой шумы в туннельных структурах на основе сверхпроводников с разной симметрией параметра порядка / И.В. Бойло // Физика и техника высоких давлений. — 2014. — Т. 24, № 3-4. — С. 58-66. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-107345 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1073452016-10-19T03:02:33Z Тепловой и дробовой шумы в туннельных структурах на основе сверхпроводников с разной симметрией параметра порядка Бойло, И.В. Предложен метод исследования сверхпроводящего параметра порядка, симметрия которого может меняться в железосодержащих сверхпроводниках под действием гидростатического давления. Представлены численные расчеты равновесных и неравновесных токовых флуктуаций в структурах нормальный металл–изолятор–сверхпроводник (NIS), выполненные в рамках теории рассеяния. Запропоновано метод дослідження надпровідного параметра порядку, симетрія якого може змінюватися в залізовмісних надпровідниках під дією гідростатичного тиску. Представлено числові розрахунки рівноважних і нерівноважних струмових флуктуацій у структурах нормальний метал–ізолятор–надпровідник (NIS), виконані в рамках теорії розсіювання. A method is proposed for studying the superconducting order parameter with the symmetry varied by the effect of hydrostatic pressure in iron-containing superconductors. Numerical calculations of equilibrium and nonequilibrium current fluctuations in the normal metal–insulator–superconductor (NIS) structures within the framework of the scattering theory are presented. 2014 Article Тепловой и дробовой шумы в туннельных структурах на основе сверхпроводников с разной симметрией параметра порядка / И.В. Бойло // Физика и техника высоких давлений. — 2014. — Т. 24, № 3-4. — С. 58-66. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 72.10.–d, 72.70.+m, 73.23.–b, 74.45.+c, 74.62.Fj http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/107345 ru Физика и техника высоких давлений Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Предложен метод исследования сверхпроводящего параметра порядка, симметрия которого может меняться в железосодержащих сверхпроводниках под действием гидростатического давления. Представлены численные расчеты равновесных и неравновесных токовых флуктуаций в структурах нормальный металл–изолятор–сверхпроводник (NIS), выполненные в рамках теории рассеяния. |
| format |
Article |
| author |
Бойло, И.В. |
| spellingShingle |
Бойло, И.В. Тепловой и дробовой шумы в туннельных структурах на основе сверхпроводников с разной симметрией параметра порядка Физика и техника высоких давлений |
| author_facet |
Бойло, И.В. |
| author_sort |
Бойло, И.В. |
| title |
Тепловой и дробовой шумы в туннельных структурах на основе сверхпроводников с разной симметрией параметра порядка |
| title_short |
Тепловой и дробовой шумы в туннельных структурах на основе сверхпроводников с разной симметрией параметра порядка |
| title_full |
Тепловой и дробовой шумы в туннельных структурах на основе сверхпроводников с разной симметрией параметра порядка |
| title_fullStr |
Тепловой и дробовой шумы в туннельных структурах на основе сверхпроводников с разной симметрией параметра порядка |
| title_full_unstemmed |
Тепловой и дробовой шумы в туннельных структурах на основе сверхпроводников с разной симметрией параметра порядка |
| title_sort |
тепловой и дробовой шумы в туннельных структурах на основе сверхпроводников с разной симметрией параметра порядка |
| publisher |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| publishDate |
2014 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/107345 |
| citation_txt |
Тепловой и дробовой шумы в туннельных структурах на основе сверхпроводников с разной симметрией параметра порядка / И.В. Бойло // Физика и техника высоких давлений. — 2014. — Т. 24, № 3-4. — С. 58-66. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| series |
Физика и техника высоких давлений |
| work_keys_str_mv |
AT bojloiv teplovojidrobovojšumyvtunnelʹnyhstrukturahnaosnovesverhprovodnikovsraznojsimmetriejparametraporâdka |
| first_indexed |
2025-07-07T19:50:23Z |
| last_indexed |
2025-07-07T19:50:23Z |
| _version_ |
1837018985898442752 |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 3–4
© И.В. Бойло, 2014
PACS: 72.10.–d, 72.70.+m, 73.23.–b, 74.45.+c, 74.62.Fj
И.В. Бойло
ТЕПЛОВОЙ И ДРОБОВОЙ ШУМЫ В ТУННЕЛЬНЫХ СТРУКТУРАХ
НА ОСНОВЕ СВЕРХПРОВОДНИКОВ С РАЗНОЙ СИММЕТРИЕЙ
ПАРАМЕТРА ПОРЯДКА
Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
Статья поступила в редакцию 19 марта 2014 года
Предложен метод исследования сверхпроводящего параметра порядка, симметрия
которого может меняться в железосодержащих сверхпроводниках под действием
гидростатического давления. Представлены численные расчеты равновесных и
неравновесных токовых флуктуаций в структурах нормальный металл–изолятор–
сверхпроводник (NIS), выполненные в рамках теории рассеяния.
Ключевые слова: тепловой и дробовой шумы, сверхпроводящий параметр поряд-
ка, туннельные структуры
Запропоновано метод дослідження надпровідного параметра порядку, симетрія
якого може змінюватися в залізовмісних надпровідниках під дією гідростатичного
тиску. Представлено числові розрахунки рівноважних і нерівноважних струмових
флуктуацій у структурах нормальний метал–ізолятор–надпровідник (NIS), вико-
нані в рамках теорії розсіювання.
Ключові слова: тепловий і дробовий шуми, надпровідний параметр порядку, ту-
нельні структури
1. Введение
В настоящее время остается неясным вопрос симметрии параметра по-
рядка в безмедных высокотемпературных сверхпроводниках. В частности,
d-волновая сверхпроводимость в железосодержащих сверхпроводниках
KFe2As2, CsFe2As2 подтверждается одними экспериментами, но не согласу-
ется с другими. Авторы [1,2] изучили влияние гидростатического давления
на различные свойства монокристаллов KFe2As2 и CsFe2As2, обнаружив V-
образную зависимость критической температуры Tc от давления P, которая
отражает изменение симметрии параметра порядка с d-волновой на s-вол-
новую. В данной работе предлагается определять тип симметрии параметра
порядка, которым обладает сверхпроводник, с помощью исследования шу-
мовых характеристик туннельной структуры, созданной на его основе.
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 3–4
59
Хорошо известно, что в транспортном состоянии шум в мезоскопической
системе NIS имеет два различных источника: равновесные тепловые флук-
туации и неравновесный шум, обусловленный дискретной природой элек-
трических зарядов, который появляется только при конечном напряжении. В
практике использования электронных устройств существенно то, что флук-
туации тока I определяют точность и надежность работы их основных эле-
ментов. С другой стороны, шум (случайные отклонения электрического тока
I(t) от его среднего значения 〈I〉), характеризующийся определенной мощно-
стью S, содержит в себе детальные сведения о свойствах исследуемой сис-
темы.
При ненулевых температурах (T ≠ 0) источником шума в электрических
системах всегда являются тепловые флуктуации. Равновесные токовые
флуктуации в гетероструктуре NIS взаимосвязаны с проводимостью элек-
трической системы и определяются симметрией сверхпроводящего парамет-
ра порядка Δ(Θ), которая проявляет себя в коэффициентах андреевского от-
ражения квазичастиц от NS-границы. Важным для практического использо-
вания является то, что мощность теплового шума S, связанная с проводимо-
стью G формулой Найквиста S = 4kBTG, позволяет измерить температуру T.
Однако при этом трудностью является малая величина сигнала, который не-
обходимо усиливать, особенно при низких температурах, когда величина
шума мала. Зачастую мы заинтересованы в большей мощности теплового
шума как физической величине, очень чувствительной к температуре и не-
посредственно с ней связанной, а также в том, чтобы величина шума доста-
точно резко отличалась для разных температур.
В отличие от теплового шума Джонсона–Найквиста, дробовой шум
(флуктуации тока, обусловленные дискретностью носителей электрического
заряда) проявляется в неравновесном состоянии системы, когда V ≠ 0. Дро-
бовой шум представляет собой совершенно другой источник флуктуаций
тока в NIS-структурах, поскольку появляется только при конечном напря-
жении V в туннельном контакте с потенциальным барьером, который слу-
чайным образом преодолевают дискретные носители электрического заряда.
Мы ограничимся анализом низкочастотного предела при вычислении спек-
тральной плотности шума S(V, ω → 0), представляющей собой фурье-образ
корреляционной функции ( ) ( ) ( )S t t I t I t′ ′− = Δ Δ . При этом результаты рас-
четов представим в виде соответствующей зависимости фактора Фано F(V),
который является отношением мощности дробового шума S(V) в рассматри-
ваемой гетероструктуре к пуассоновскому пределу SP(V) = 2eI [3] и несет в
себе информацию об эффективном электрическом заряде, участвующем в
транспорте тока через гетероструктуру.
Исследование симметрии сверхпроводящего параметра порядка предпо-
лагает создание туннельного контакта благородного металла со сверхпро-
водником, измерение и детальный анализ флуктуаций туннельного тока.
Выполним теоретические расчеты шумовых характеристик NIS-структур на
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 3–4
60
основе сверхпроводников с d- и s-волновой симметрией в рамках подхода
Ландауэра–Буттикера [4,5], согласно которому транспортные свойства кван-
тово-когерентного мезоскопического проводника, включая его проводи-
мость и шумовые характеристики, полностью определяются набором коэф-
фициентов прохождения ti по различным каналам проводимости i.
2. Тепловой шум в гетероструктуре NIS
Начнем исследование NIS-структур со случая V = 0, T ≠ 0, когда источни-
ком шума являются тепловые флуктуации, и рассчитаем величину флуктуа-
ций тока в туннельных контактах на основе сверхпроводников s- и d-типа.
В соответствии с [6] дифференциальная проводимость G(V) = dI(V)/dV
мезоскопической NIS-структуры определяется производной от функции
распределения Ферми ( ) 1
B( ) 1 exp ε /f k T −
ε = +⎡ ⎤⎣ ⎦ по напряжению V:
( ) 2 d ( )dε ( )
di
i
e f eVG V D
h V
∞
−∞
ε −
= ε∑ ∫ .
При этом плотность тока в NIS-переходе имеет вид
[ ]2( ) dε ( ) ( ) ( )i
i
eI V D f eV f
h
∞
−∞
= ε ε − − ε∑ ∫ ,
где суммируются все каналы электронного транспорта i через туннельный
барьер.
Тогда дифференциальная проводимость мезоскопической гетерострукту-
ры определяется выражением
2
2
В B
ε( ) dε ( ) cosh
2 2i
i
e VG V D
k Th k T
∞
−
−∞
⎛ ⎞−
= ε ⎜ ⎟
⎝ ⎠
∑ ∫ ,
и в нашем случае при V = 0 формула для проводимости G следующая:
( )
2
2
В B
ε0 dε ( ) cosh
2 2i
i
eG V D
k Th k T
∞
−
−∞
⎛ ⎞
= = ε ⎜ ⎟
⎝ ⎠
∑ ∫ .
Таким образом, общее выражение для равновесных токовых флуктуаций
S(V = 0, T) = 4kBTG(V = 0) принимает вид
( )
2
2
B
2 ε0 dε ( ) cosh
2i
i
eS V D
h k T
∞
−
−∞
⎛ ⎞
= = ε ⎜ ⎟
⎝ ⎠
∑ ∫ . (1)
С помощью формулы (1) получим величину флуктуаций тока в гетерострук-
турах на основе сверхпроводников с разной симметрией параметра порядка.
Симметрия сверхпроводящего параметра порядка Δ(Θ) проявляется в по-
ведении шумовых характеристик туннельного контакта, а полная вероят-
ность пройти из нормального металлического электрода N в сверхпроводя-
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 3–4
61
щий S
2 2
( ) 1 ( ) ( )ee ehD R Rε = − ε + ε включает в себя амплитуду вероятности
андреевского отражения электроноподобной квазичастицы e в дырочную h,
и наоборот [7]:
( ) ( ) ( )
( ) ( )
22ε sign( ) ε ( )
( ) exp ( )eh he i i
r i
+ δ − ε + δ − Δ Θ
Θ = ± Φ Θ
Δ Θ
, (2)
где δ – бесконечно малая положительная величина, которую полагаем рав-
ной 0.001Δs для s- и 0.01Δd для d-сверхпроводника; модуль ( )Δ Θ и фаза
Φ(Θ) сверхпроводящего параметра порядка определяются симметрией, ко-
торая реализуется в данном материале. В материалах с простой s-волновой
симметрией фаза постоянна: Φ(Θ) = const и может быть положена равной
нулю, а зависимость ( )Δ Θ является слабой и в большинстве случаев может
считаться константой ( ) sΔ Θ = Δ ; типичным примером такого материала
является ниобий с энергетической щелью 1.47 meV [8]. В сверхпроводниках
d-типа параметр порядка существенно зависит от направления Θ в ab-
плоскости элементарной ячейки ( )( ) cos 2( α)dΔ Θ = Δ Θ− , где α – угол между
выбранным направлением, от которого отсчитывается угол Θ, и направлени-
ем, вдоль которого параметр порядка максимален; ярким представителем
являются купратные соединения со структурой перовскита [9].
Таким образом, рассмотрим туннельные контакты на основе двух различ-
ных сверхпроводящих материалов: первый – это традиционный сверхпро-
водник ниобий с s-симметрией электронной волновой функции, второй –
иттрий-бариевый купрат с d-волновой симметрией параметра порядка. Числен-
ные расчеты выполним для NIS-контактов на основе сверхпроводников с s- и d-
симметрией параметра порядка (α = 45°) в рамках квантовомеханической тео-
рии рассеяния для фазово-когерентного транспорта, которая позволяет дос-
таточно просто и прозрачно рассчитать шумовые характеристики гетерост-
руктур.
На рис. 1 представлены результаты вычислений – увеличение мощности
тепловых флуктуаций S с ростом температуры T в гетероструктурах с раз-
личной прозрачностью туннельного барьера D. Связь температуры T с вели-
чиной тепловых флуктуаций S в туннельной структуре NIS существенно ме-
няется с изменением прозрачности ее изолирующей прослойки I. Усреднен-
ная с помощью функции Шепа–Бауэра [10] зависимость S(T) получена для
случая разупорядоченной структуры тонкого потенциального барьера.
Рис. 1 демонстрирует, что флуктуации электрического тока усиливаются
с увеличением прозрачности потенциального барьера для туннелирующих
электронов, когда растет проводимость туннельного контакта G, прямо свя-
занная с мощностью теплового шума S соотношением S = 4kBTG. Кроме то-
го, видны расхождения в поведении кривых S(T), обусловленные разной
симметрией параметра порядка сверхпроводника. Форма зависимости S от T
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 3–4
62
0 2 4 6 8
0
1
2
3
4
5
6
S/
(2
e2 /h
)
T, K
1
2
3
4 5 6
0 2 4 6 8
0
2
4
6
8
10
12
S/
(2
e2 /h
)
T, K
1
2
3
4 5 6
а б
Рис. 1. Взаимосвязь мощности теплового шума S в единицах 2e2/h с температурой T
для туннельных контактов на основе сверхпроводников s-типа (а) и d-типа (б) в
зависимости от прозрачности барьера D: 1 – 1.0, 2 – 0.8, 3 – 0.6, 4 – 0.4, 5 – 0.2, 6 –
0.1. Рассмотрен случай тонкого разупорядоченного потенциального барьера
(сплошная кривая); распределение вероятностей переноса заряда через него имеет
вид 2 3/ 2 1/ 2
1ρ( )
(1 )
GD
e D D
=
−
[10]
различна для двух типов контактов: вогнутые кривые (рис. 1,а) преобразу-
ются в выпуклые (рис. 1,б). В случае сверхпроводника с d-типом спаривания
(рис. 1,б) играет роль угловая зависимость параметра порядка, величина то-
ковых флуктуаций в такой структуре больше, чем в NIS-системе со сверх-
проводником s-типа.
Необходимо отметить, что основной трудностью для практического ис-
пользования зависимостей S(T) в термометрии является малая величина
мощности токовых флуктуаций, поэтому выбор сверхпроводника с d-вол-
новой симметрией параметра порядка может обеспечить большую мощность
шума в заданном интервале температур. На рис. 1 видно, что мощность теп-
лового шума в случае d-симметрии больше, чем в случае s-сверхпроводника.
При определенных условиях величина токовых флуктуаций в туннельной
структуре на основе d-сверхпроводника более резко меняется с температу-
рой, чем в NIS-системе со сверхпроводником s-типа. В частности, в области
очень малых температур в окрестности 1 K мощность теплового шума в
NIS-структурах на основе d-сверхпроводника меняется более резко, а вели-
чина ее существенно больше, чем в туннельных структурах с s-сверхпровод-
никами.
3. Дробовой шум в гетероструктуре NIS
В данной работе мы интересуемся не только равновесными флуктуация-
ми тока в мезоскопических NIS-структурах, но и дробовым шумом, который
появляется в туннельной структуре в неравновесном (транспортном) со-
стоянии системы, когда приложено небольшое напряжение смещения V. При
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 3–4
63
больших напряжениях дробовой шум преобладает над тепловыми флуктуа-
циями. Исследования его могут предоставить дополнительную информацию
о характере электронного транспорта в мезоскопических системах, которую
не содержат в себе равновесные тепловые флуктуации тока.
Рассмотрим предел нулевых температур T = 0 и конечных напряжений V ≠ 0.
Спектральная плотность дробового шума в единицах ( )22 2 /e V e h при тем-
пературах, близких к нулю, может быть вычислена по формуле
( ) ( )
2 2
( ) 1 ε εee eeS V R eV R eV⎡ ⎤= − = =⎢ ⎥⎣ ⎦
+
+ ( ) ( ) ( ) ( )
2 2 2 2
1 2eh eh ee ehR eV R eV R eV R eV⎡ ⎤ε = − ε = + ε = ε =⎢ ⎥⎣ ⎦
, (3)
где полные амплитуды вероятностей отражения электрона в электронное
Ree(ε) и дырочное Reh(ε) состояния вычисляются в рамках теории рассеяния
с помощью фейнмановского подхода к квантовой механике [11]. При этом
необходимо учитывать симметрию электронной волновой функции в сверх-
проводящем металле (см. формулу (2)).
На рис. 2 представлены результаты расчетов фактора Фано F(V) = S(V)/SP(V)
в зависимости от напряжения V для контактов с изолирующими барьерами
различной прозрачности D, а также для тонкой разупорядоченной изоли-
рующей прослойки с помощью универсального распределения прозрачно-
стей D [10]. Изучено два типа контактов – на основе s- и d-волновых сверх-
проводников.
Рис. 2 демонстрирует особенности поведения фактора Фано, характерные для
сверхпроводящих структур с s- и d-волновой симметрией параметра порядка.
0 0.5 1.0 1.5 2.0
0
0.5
1.0
1.5
2.0
eV/Δs
F
1
2
3
4
5 6
0 0.5 1.0 1.5 2.0
0
0.5
1.0
1.5
2.0
eV/Δd
F
1
2
3 4 5 6
а б
Рис. 2. Зависимость от напряжения V фактора Фано F для NIS туннельных перехо-
дов со сверхпроводниками s-типа (а) и d-типа с α = 0 (б) для различных значений
прозрачности изолирующей I прослойки D: 1 – 1.0, 2 – 0.8, 3 – 0.6, 4 – 0.4, 5 – 0.2, 6 –
0.1. Результат усреднения этих кривых с помощью универсального распределения
[10] показан сплошной линией
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 3–4
64
В общем случае фактор Фано F меняется от нуля, когда все каналы полно-
стью открыты и прозрачности Di ≡ 1, до единицы, когда все Di << 1 (пуассо-
новский предел). Для не очень малых значений прозрачностей Di ≤ 1 дробо-
вой шум S(V) меньше пуассоновского предела, и в этом случае фактор Фано
F(V) = S(V)/SP(V) < 1. Но в туннельных гетероструктурах со сверхпроводни-
ковыми обкладками и с достаточно высокой прозрачностью барьера дробо-
вой шум усиливается вследствие процессов андреевского отражения, кото-
рые приводят к дополнительным флуктуациям в канале рассеяния электрон–
дырка (см. формулу (3), которая включает в себя амплитуду вероятности ан-
дреевского отражения Reh). Он может увеличиваться вдвое при переходе од-
ной из обкладок в сверхпроводящее состояние, что свидетельствует о транс-
порте двух электронов сквозь потенциальный барьер.
На рис. 2 видно, что область напряжений с одновременным прохождени-
ем двух электронов через NIS-структуру мала при d-волновом спаривании, в
то время как в контакте со сверхпроводником s-типа при напряжениях V <
< Δ/e фактор Фано может быть равен двум в довольно широкой области на-
пряжений. Дело в том, что когерентность прохождения двух электронов в
случае сверхпроводника d-типа нарушается вследствие разброса значений
энергетической щели Δ(Θ). При V > Δ/e в обоих случаях фактор Фано стре-
мится к постоянной величине, которая составляет примерно половину пуас-
соновского значения SP. Кроме того, рис. 2 демонстрирует зависимость фак-
тора Фано от симметрии волновой функции в сверхпроводнике следующим
образом: туннельные структуры на основе сверхпроводника с s-типом спа-
ривания имеют ярко выраженную особенность шумовых характеристик в
области энергетической щели; фактор Фано F гетероструктуры NIS с d-вол-
новым сверхпроводником не имеет существенных изменений в области па-
раметра энергетической щели Δd вследствие сильной угловой зависимости
параметра порядка Δ(Θ).
Таким образом, измерение фактора Фано F(V) обнаруживает характер
электронного транспорта через исследуемую мезоскопическую систему и
позволяет сделать вывод о симметрии параметра порядка сверхпроводящего
металла.
4. Заключение
В дальнейшем экспериментальные исследования теплового и дробового
шума могут предоставить сведения о типе симметрии параметра порядка,
который остается неясным в сверхпроводниках на основе железа [1,2].
Численный расчет показал, что зависимость мощности токовых флуктуа-
ций в туннельных NIS-структурах от температуры T и напряжения V непо-
средственно связана с симметрией сверхпроводящего параметра порядка.
Как тепловой, так и дробовой шум во многом отражают симметрию пара-
метра порядка сверхпроводника, на основе которого создан туннельный
контакт: мощность равновесных S(T) и неравновесных S(V) флуктуаций со-
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 3–4
65
держит в себе информацию о симметрии волновой функции в сверхпровод-
нике. Наиболее очевидные различия в поведении туннельных характери-
стик, полученных в низкочастотном пределе ω → 0 при малых напряжениях,
обусловленные разными типами симметрии сверхпроводящего параметра
порядка, демонстрирует рис. 2. На рисунке видно, что область напряжений,
где фактор Фано равен 2, мала при d-волновом спаривании, в то время как в
туннельном контакте на основе сверхпроводника s-типа в случае достаточно
прозрачного потенциального барьера фактор Фано может быть равен двум в
довольно широкой области напряжений. В общем случае как равновесные,
так и неравновесные флуктуации тока в туннельных структурах достаточно
чувствительны к симметрии параметра порядка сверхпроводящего металла.
Сравнение рассчитанных кривых F(V) и S(T) с экспериментом позволит оп-
ределить симметрию сверхпроводящего параметра порядка в материале, на
основе которого создан туннельный контакт.
Таким образом, в данной работе с помощью низкотемпературных измере-
ний дробового шума S = F2e〈I〉, а также измерений теплового шума при нуле-
вых напряжениях предлагается способ обнаружения типа симметрии пара-
метра порядка, который меняется в железосодержащих сверхпроводниках под
давлением: в зависимости от величины последнего реализуется симметрия d-
или s-типов в исследуемом сверхпроводнике [1,2]. При некотором критиче-
ском значении гидростатического давления P происходит изменение симмет-
рии сверхпроводящего параметра порядка Δ(Θ) разных образцов монокри-
сталлов железосодержащих сверхпроводников, при этом шумовые характери-
стики туннельных контактов, созданных на их основе, будут содержать в себе
информацию о характере угловой зависимости параметра порядка.
1. F.F. Tafti, A. Juneau-Fecteau, M-È. Delage, S. René de Cotret, J-Ph. Reid, A.F. Wang,
X-G. Luo, X.H. Chen, N. Doiron-Leyraud, and Louis Taillefer, Nature Phys. 9, 349
(2013).
2. F.F. Tafti, J.P. Clancy, M. Lapointe-Major, C. Collignon, S. Faucher, J.A. Sears,
A. Juneau-Fecteau, N. Doiron-Leyraud, A.F. Wang, X-G. Luo, X.H. Chen, S. Desgre-
niers, Young-June Kim, and Louis Taillefer, Phys. Rev. B89, 134502 (2014).
3. Ya.M. Blanter, M. Buttiker, Phys. Rep. 336, 1 (2000).
4. R. Landauer, Phil. Mag. 21, 863 (1970).
5. Y. Imry, R. Landauer, and S. Pinhas, Phys. Rev. B31, 6207 (1985).
6. H. Courtois, P. Charlat, D.M.Ph. Gandit, and B. Pannetier, J. Low Temp. Phys. 116,
187 (1999).
7. А.Ф. Андреев, ЖЭТФ 46, 1823 (1964) [Sov. Phys. JETP 19, 1228 (1964)].
8. M. Ternes, W.-D. Schneider, J.-C. Cuevas, C.P. Lutz, C.F. Hirjibehedin, and A.J. Hein-
rich, Phys. Rev. B74, 132501 (2006).
9. G. Koren, N. Levy, and E. Polturak, J. Low Temp. Phys. 131, 849 (2003).
10. K.M. Schep and G.E.W. Bauer, Phys. Rev. Lett. 78, 3015 (1997).
11. P. Фейнман, А. Хибс, Квантовая механика и интегралы по траекториям, Мир,
Москва (1968).
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 3–4
66
I.V. Boylo
THERMAL AND SHOT NOISES IN TUNNEL STRUCTURES
BASED ON SUPERCONDUCTORS WITH A DIFFERENT SYMMETRY
OF THE ORDER PARAMETER
A method is proposed for studying the superconducting order parameter with the
symmetry varied by the effect of hydrostatic pressure in iron-containing superconductors.
Numerical calculations of equilibrium and nonequilibrium current fluctuations in the
normal metal–insulator–superconductor (NIS) structures within the framework of the
scattering theory are presented.
Keywords: thermal and shot noises, superconducting order parameter, tunnel structures
Fig. 1. The relationship between the thermal noise power S in units of 2e2/h and the
temperature T for tunnel junctions based on s-type (а) and d-type (б) superconductors as a
function of the barrier transparency D: 1 – 1.0, 2 – 0.8, 3 – 0.6, 4 – 0.4, 5 – 0.2, 6 – 0.1.
The case of a thin disordered potential barrier (solid curve) is examined; the probability
distribution of the charge transfer through it has the form 2 3/ 2 1/ 2
1( )
(1 )
GD
e D D
ρ =
−
[10]
Fig. 2. Voltage dependence of the Fano factor F for NIS tunnel junctions with s-wave
superconductors (а) and d-wave superconductors (б) for different values of the insulating
layer transparency D: 1 – 1.0, 2 – 0.8, 3 – 0.6, 4 – 0.4, 5 – 0.2, 6 – 0.1. The result of the
curve averaging with using a universal distribution [10] is shown by the solid line
|