Неравновесные флуктуации тока в туннельных структурах сверхпроводник-нормальный металл

Abstract

В рамках формализма задачи рассеяния получены общие выражения для тока и спектральной плотности токовых флуктуаций в низкочастотном пределе для контакта нормальный металл — сверхпроводник с произ­ вольным барьером в присутствии постоянной внешней разности потенциалов. Показано, что в зависимости от характера туннелирования (нерезонансное в бесструктурном барьере; резонансное в барьере, содержащем локализованные состояния) возможно существенно различное поведение динамических и фуктуационных характеристик системы. Для конкретной модели резонансного туннелирования получено выражение для тока, допускающее существование отрицательного дифференциального сопротивления в определенной обла­ сти значений параметров рассеяния. Также получена формула для шума тока, спектральная плотность которого по сравнению с нерезонансным туннелированием содержит дополнительные вклады, обусловлен­ ные интерференционными электрон-дырочными процессами рассеяния на локализованном состоянии.

В межах формалізму задачі розсіяння одержано загальні вирази для струму та спектральної густини струмових флуктуацій в низькочастотному наближенні для контакту нормальний метал — надпровідник з довільним бар’єром у присутності постійної зовнішньої різниці потенціалів. Виявлено, що в залежності від характеру тунелювання (нерезовансне у безструктурному бар’єрі; резонансне у бар’єрі, що містить лока­ лізовані стани) можливою є істотно відмінна поведінка динамічних та флуктуаційних характеристик систе­ ми. Для конкретної моделі резонансного тунелювання одержано вираз для струму, який допускає існування негативного диференційного опору в певній зоні значень параметрів розсіяння. Також одержано формулу для шуму струму; спектральна густина якого у порівнянні з нерезонансним тунелюванням має додаткові внески за рахунок наявності інтерференційних електрон-діркових процесів розсіяння на локалізованому стані.

General expressions for the current and the spectral density of current fluctuations in the low frequency limit for the normal metal-superconductor contact with an ar­ bitrary barrier in the presence of a constant external potential difference have been obtained in terms of the scattering problem formalism. It is demonstrated that the dynamic and fluctuation characteristics of the system can behave quite differently, as dictated by the tunnell­ ing character (nonresonant in a structureless barrier; resonant in a barrier containing localized states). For a particular model of resonance tunneling, the expression is obtained for the current allowing for existence of ne­ gative .differential resistance in a certain range of the scattering parameters as well as a formula for the noise of the current whose spectral density contains more con­ tributions than nonresonance tunneling that are due to interference electron-hole process of scattering from a localized state.