分类： 工程与技术科学 >> 物理学相关工程与技术 分类： 工程与技术科学 >> 仪器仪表技术 分类： 电子与通信技术 >> 电子技术 分类： 物理学 >> 交叉学科物理及相关领域的科学与技术 提交时间： 2022-12-29
摘要： 提出了一种用于低温扫描隧道显微镜(CryoSTM)的低噪声高增益大带宽跨阻放大器(TIA)。在CryoSTM中与尖端样品组件连接的TIA称为CryoSTM-TIA。CryoSTM-TIA的跨阻增益为10Gohm，带宽超过100kHz，在100kHz时等效输入噪声电流功率谱密度小于4(fA)2/Hz。CryoSTM-TIA的低固有噪声是由于其特殊的设计: (1)其前置放大器(Pre-Amp)由低噪声低温高电子迁移率晶体管制成; (2)前置放大器采用卡片式配置，避免米勒效应，降低输入电容CA; (3)将前置放大器输入端连接到尖端的电缆的电容，即CI最小化; (4)热噪声源，如反馈电阻，放置在低温区。由于在反馈回路中应用了频率补偿，减小了CA，减小了CI，实现了高增益和大带宽。该仪器可用于低电导率材料扫描隧道光谱的快速高能量分辨率测量，特别是用于测量其扫描隧道发射噪声谱。
分类： 工程与技术科学 >> 物理学相关工程与技术 分类： 工程与技术科学 >> 仪器仪表技术 分类： 电子与通信技术 >> 电子技术 分类： 物理学 >> 交叉学科物理及相关领域的科学与技术 提交时间： 2022-12-29
摘要： 散粒噪声是一个研究量子体系的强有力的手段。本文提出一种用于低温扫描隧道显微镜 (CryoSTM)的跨阻放大器(TIA)，可满足散粒噪声测量的需要。在该TIA中，前置放大器(Pre-Amp)由超低噪声低功率低温高电子迁移率晶体管(HEMTs)构成。以1Gohm的高跨阻增益，所设计的TIA的带宽超过300 kHz。在CryoSTM中，这个TIA连同针尖-样品组件和输入信号被称为CryoSTM-TIA。它的带宽仍然超过300kHz，并且它的等效输入噪声电流功率谱密度在100 kHz小于30 (fA)2/Hz。该CryoSTM-TIA能够用于测量扫描隧道电流谱和扫描隧道微分电导谱。本文又特别阐述了如何用该CryoSTM-TIA测量量子体系的扫描隧道噪声电流功率谱和散粒噪声谱。这就使得用低温CryoSTM-TIA通过测量散粒噪声来研究各种量子体系中的新奇量子现象成为可能，例如在局域尺度中的Andreev反射、在单分子磁体中的Kondo效应，等等。特别是把它用于研究与实现拓扑量子计算有关的Majorana零能模的存在性。
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