Shot Noise Detection in Carbon Nanotube Quantum Dots

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	18 May 2017
Referee:	Prof. Dr. Christoph Strunk
Date of exam:	11 May 2017
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Chair Professor Weiss > Group Christoph Strunk
Keywords:	carbon nanotubes, CNT, shot noise, Franck-Condon
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	35671

Abstract (English)

Shot noise investigations in mesoscopic conductors open up a great number of new possibilities for the study of charge carrier statistics as an independent means next to standard dc transport measurements. The present work was aiming at the establishment of a state-of-the-art setup for electrical shot noise detection at low temperatures. Our noise detection system was planned as a twofold ...

Abstract (English)

Shot noise investigations in mesoscopic conductors open up a great number of new possibilities for the study of charge carrier statistics as an independent means next to standard dc transport measurements.
The present work was aiming at the establishment of a state-of-the-art setup for electrical shot noise detection at low temperatures. Our noise detection system was planned as a twofold amplifier setup based on resonant enhancement of current fluctuations using passive RLC circuits close to the sample stage and distributed two stage amplifier chains including pre-amplifiers at cryogenic temperatures.
Electrical transport spectroscopy on a carbon nanotube (CNT) based quantum dot device exhibits a peculiar excitation spectrum which we supposed to be of non-purely electronic nature.
Signatures of electron-phonon coupling in the transport were analyzed within the Franck-Condon model and confirmed independently by the examination of the Fano factor.
Together with numerical model calculations including vibronic modes in a CNT, we were able to identify bosonic excitations as origin of super Poissonian noise enhancements in our device as a complementary method next to standard conductance measurements.
Having the Fano factor as an additional tool enables a large diversity of noise experiments in the future.

Translation of the abstract (German)

Detektion von Schrotrauschen in mesoskopischen Leitern eröffnet eine Vielzahl von neuen Möglichkeiten zur Untersuchung der Ladungsträgerstatistik als eine weitere, von DC Transportmessungen unabhängige Methode. Die vorliegende Arbeit behandelt den Aufbau eines modernen Rauschmessaufbaus zur Detektion von Schrotrauschen im Strom bei tiefen Temperaturen. Der in zweifacher Ausführung aufgebaute ...

Translation of the abstract (German)

Detektion von Schrotrauschen in mesoskopischen Leitern eröffnet eine Vielzahl von neuen Möglichkeiten zur Untersuchung der Ladungsträgerstatistik als eine weitere, von DC Transportmessungen unabhängige Methode.
Die vorliegende Arbeit behandelt den Aufbau eines modernen Rauschmessaufbaus zur Detektion von Schrotrauschen im Strom bei tiefen Temperaturen.
Der in zweifacher Ausführung aufgebaute Verstärker basiert auf einer resonanten Verstärkung von Stromfluktuationen mit Hilfe von RLC-Kreisen direkt an der Probe und zweistufigen Verstärkerketten mit kryogenem Vorverstärker.
Elektrische Transportspektroskopie an einem Quantenpunkt basierend auf Kohlenstoffnanoröhren zeigt ein besonderes Anregungsspektrum, welches wir auf einen nicht rein elektronischen Ursprung zurückführen.
Signaturen von Elektron-Phonon-Kopplung in den Transportdaten konnten anhand des Franck-Condon Modells analysiert und davon unabhängig in Form eines über das Poissonische Limit hinaus erhöhten Fano Faktors bestätigt werden. In Verbindung mit numerischen Simulationen von vibronischen Moden in einer Kohlenstoffnanoröhre konnten bosonische Anregungen als Ursprung des super-Poissonischen Schrotrauschens identifiziert werden. Es handelt sich dabei um eine zu Leitwertmessungen komplementäre Methode.
Der Fano Faktor als zusätzliches Werkzeug ermöglicht in Zukunft eine große Bandbreite an neuen Rauschexperimenten.

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