フォノンノイズ

フォノンノイズは熱揺らぎノイズとも呼ばれ、熱質量とその周囲の環境との間のエネルギーのランダムな交換によって発生します。このエネルギーはフォノンの形で量子化されます。各フォノンのエネルギーは オーダーで、はボルツマン定数、は温度です。エネルギーのランダムな交換は温度の変動につながります。これは、熱質量と環境が熱平衡状態、つまり同じ時間平均温度にある場合でも発生します。デバイスの電気抵抗が温度依存である場合、これらの温度変動は抵抗の変動につながります。フォノンノイズが重要なデバイスの例としては、ボロメータやカロリメータなどがあります。ボロメータまたはカロリメータとして動作できる超伝導遷移端センサー（TES）は、フォノンノイズが全体のノイズに大きく寄与する可能性のあるデバイスの例です。[ 1 ]kBT{\displaystyle k_{\text{B}}T}kB{\displaystyle k_{\text{B}}}T{\displaystyle T}

ジョンソン・ナイキスト雑音はフォノン雑音と多くの類似点を持つものの（例えば、雑音スペクトル密度は温度に依存し、低周波では白色である）、これら2つの雑音源は異なる。ジョンソン・ナイキスト雑音は電子のランダムな熱運動から発生するのに対し、フォノン雑音はフォノンのランダムな交換から発生する。ジョンソン・ナイキスト雑音は、回路の全コンポーネントが同じ温度に保たれる熱平衡状態では簡単にモデル化できる。フォノン雑音の一般平衡モデルは、熱回路の異なるコンポーネントの温度が不均一であり、また検出器に入射する粒子からの偶発的なエネルギー付与のように時間的に不変ではないことが多いため、通常は不可能である。遷移エッジセンサーは通常、内部電力の変化に関連する負の電熱フィードバックによって温度を維持する。 [ 1 ]

ボロメータのすべてのコンポーネントが温度Tに非常に近い場合のフォノンノイズによるノイズ等価電力（NEP）の近似式は、

 NEP＝4kBT2G、{\displaystyle \NEP={\sqrt {4k_{\text{B}}T^{2}G}},}

ここでGは熱伝導率であり、NEPは で測定される。[ 2 ] 熱量計検出器では、準平衡付近のフォノンノイズによる rmsエネルギー分解能は同様の式で表され、W/周波数周波数{\displaystyle \mathrm {W/{\sqrt {Hz}}} }δE{\displaystyle \delta E}

 δE＝kBT2℃、{\displaystyle \\delta E={\sqrt {k_{\text{B}}T^{2}C}},}

ここでCは熱容量である。[ 3 ]

実際のボロメータやカロリメータは、吸収体と熱浴の間に温度勾配があるため、平衡状態にはなりません。GとCは一般に温度の非線形関数であるため、より高度なモデルでは、吸収体と熱浴の両方の温度を考慮し、GまたはCをこの温度範囲にわたってべき乗則として扱う場合があります。

参照

参考文献

  1. ^ a b K.D. IrwinおよびGC Hilton (2005). Enss, C. ed. "Transition-Edge Sensors" . Cryogenic Particle Detection (Springer): 63–150 ISBN 3-540-20113-0 doi : 10.1007 / 10933596_3
  2. ^ JC Mather . (1982). 「ボロメータノイズ：非平衡理論」. Appl. Opt. (21): 1125–1129. doi : 10.1364/AO.21.001125
  3. ^ SH Moseley, JC Mather, D. McCammon (1984). 「X線分光計としての熱検出器」 J. Appl. Phys. (56): 1257–1262 doi : 10.1063/1.334129 .
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Phonon_noise&oldid=1321556433」より取得