Abstract
Typical experimental measurement is set up as a study of the system’s response to a stationary external excitation. This approach considers any random fluctuation of the signal as spurious contribution, which is to be eliminated via time-averaging, or, equivalently, bandwidth reduction. Beyond that lies a conceptually different paradigm—the measurement of the system’s spontaneous fluctuations. The goal of this overview article is to demonstrate how current noise measurements bring insight into hidden features of electronic transport in various mesoscopic conductors, ranging from 2D topological insulators to individual carbon nanotubes.
Similar content being viewed by others
References
W. Schottky, Ann. Phys. 362, 541 (1918).
Y. Blanter and M. Büttiker, Phys. Rep. 336, 1 (2000).
A. W. Hull and N. H. Williams, Phys. Rev. 25, 147 (1925).
R. de Picciotto, M. Reznikov, M. Heiblum, V. Umansky, G. Bunin, and D. Mahalu, Nature (London, U.K.) 389, 162 (1997).
L. Saminadayar, D. C. Glattli, Y. Jin, and B. Etienne, Phys. Rev. Lett. 79, 2526 (1997).
C. Schönenberger, S. Oberholzer, E. Sukhorukov, and H. Grabert, arXiv:0112504 (2001).
L. Levitov and G. Lesovik, JETP Lett. 58, 230 (1993).
M. Reznikov, M. Heiblum, H. Shtrikman, and D. Mahalu, Phys. Rev. Lett. 75, 3340 (1995).
C. W. J. Beenakker, Rev. Mod. Phys. 69, 731 (1997).
C. W. J. Beenakker and M. Büttiker, Phys. Rev. B 46, 1889 (1992).
K. E. Nagaev, Phys. Lett. A 169, 103 (1992).
M. Henny, S. Oberholzer, C. Strunk, and C. Schönenberger, Phys. Rev. B 59, 2871 (1999).
E. S. Tikhonov, D. V. Shovkun, M. Snelder, M. P. Stehno, Y. Huang, M. S. Golden, A. A. Golubov, A. Brinkman, and V. S. Khrapai, Phys. Rev. Lett. 117, 147001 (2016).
E. S. Tikhonov, D. V. Shovkun, D. Ercolani, F. Rossella, M. Rocci, L. Sorba, S. Roddaro, and V. S. Khrapai, Sci. Rep. 6, 30621 (2016).
V. V. Kuznetsov, E. E. Mendez, X. Zuo, G. L. Snider, and E. T. Croke, Phys. Rev. Lett. 85, 397 (2000).
S. S. Safonov, A. K. Savchenko, D. A. Bagrets, O. N. Jouravlev, Y. V. Nazarov, E. H. Linfield, and D. A. Ritchie, Phys. Rev. Lett. 91, 136801 (2003).
B. Shklovskii and A. Efros, Springer Ser. Solid-State Sci. 45, 1 (2013).
K. E. Nagaev, Phys. Rev. B 52, 4740 (1995).
V. I. Kozub and A. M. Rudin, Phys. Rev. B 52, 7853 (1995).
Y. V. Nazarov, Phys. Rev. Lett. 73, 134 (1994).
M. L. Roukes, M. R. Freeman, R. S. Germain, R. C. Richardson, and M. B. Ketchen, Phys. Rev. Lett. 55, 422 (1985).
S. Piatrusha and V. Khrapai, in Proceedings of the 2017 International Conference on Noise and Fluctuations ICNF (IEEE, 2017).
J. Meair, P. Stano, and P. Jacquod, Phys. Rev. B 84, 073302 (2011).
T. Arakawa, J. Shiogai, M. Ciorga, M. Utz, D. Schuh, M. Kohda, J. Nitta, D. Bougeard, D. Weiss, T. Ono, and K. Kobayashi, Phys. Rev. Lett. 114, 016601 (2015).
V. S. Khrapai and K. E. Nagaev, JETP Lett. 105, 18 (2017).
P. Roche, J. Ségala, D. C. Glattli, J. T. Nicholls, M. Pepper, A. C. Graham, K. J. Thomas, M. Y. Simmons, and D. A. Ritchie, Phys. Rev. Lett. 93, 116602 (2004).
Y. Yamauchi, K. Sekiguchi, K. Chida, T. Arakawa, S. Nakamura, K. Kobayashi, T. Ono, T. Fujii, and R. Sakano, Phys. Rev. Lett. 106, 176601 (2011).
M.-C. Harabula, V. Ranjan, R. Haller, G. Fülöp, and C. Schönenberger, Phys. Rev. B 97, 115403 (2018).
H. Inoue, A. Grivnin, N. Ofek, I. Neder, M. Heiblum, V. Umansky, and D. Mahalu, Phys. Rev. Lett. 112, 166801 (2014).
E. S. Tikhonov, M. Y. Melnikov, D. V. Shovkun, L. Sorba, G. Biasiol, and V. S. Khrapai, Phys. Rev. B 90, 161405 (2014).
A. A. Kozhevnikov, R. J. Schoelkopf, and D. E. Prober, Phys. Rev. Lett. 84, 3398 (2000).
B.-R. Choi, A. E. Hansen, T. Kontos, C. Hoffmann, S. Oberholzer, W. Belzig, C. Schönenberger, T. Akazaki, and H. Takayanagi, Phys. Rev. B 72, 024501 (2005).
A. Das, Y. Ronen, M. Heiblum, D. Mahalu, A. V. Kretinin, and H. Shtrikman, Nat. Commun. 3, 1165 (2012).
Y. Ronen, Y. Cohen, J.-H. Kang, A. Haim, M.-T. Rieder, M. Heiblum, D. Mahalu, and H. Shtrikman, Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 113, 1743 (2016).
R. Prange, M. Cage, K. Klitzing, S. Girvin, A. Chang, F. Duncan, M. Haldane, R. Laughlin, A. Pruisken, and D. Thouless, The Quantum Hall Effect, Graduate Texts in Contemporary Physics (Springer, New York, 2012).
G. Eber, K. von Klitzing, K. Ploog, and G. Weinmann, J. Phys. C: Solid State Phys. 16, 5441 (1983).
K. Chida, T. Hata, T. Arakawa, S. Matsuo, Y. Nishihara, T. Tanaka, T. Ono, and K. Kobayashi, Phys. Rev. B 89, 235318 (2014).
Y. A. Kinkhabwala, V. A. Sverdlov, A. N. Korotkov, and K. K. Likharev, J. Phys.: Condens. Matter 18, 1999 (2006).
E. S. Tikhonov, V. S. Khrapai, D. V. Shovkun, and D. Schuh, JETP Lett. 98, 121 (2013).
E. Y. Andrei, G. Deville, D. C. Glattli, F. I. B. Williams, E. Paris, and B. Etienne, Phys. Rev. Lett. 60, 2765 (1988).
H. W. Jiang, R. L. Willett, H. L. Stormer, D. C. Tsui, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Phys. Rev. Lett. 65, 633 (1990).
A. A. Shashkin, V. T. Dolgopolov, G. V. Kravchenko, M. Wendel, R. Schuster, J. P. Kotthaus, R. J. Haug, K. von Klitzing, K. Ploog, H. Nickel, and W. Schlapp, Phys. Rev. Lett. 73, 3141 (1994).
A. S. Rodin and M. M. Fogler, Phys. Rev. B 84, 125447 (2011).
V. S. Khrapai, A. A. Shashkin, M. G. Trokina, V. T. Dolgopolov, V. Pellegrini, F. Beltram, G. Biasiol, and L. Sorba, Phys. Rev. Lett. 100, 196805 (2008).
S. Iordansky, Solid State Commun. 43, 1 (1982).
M. Z. Hasan and C. L. Kane, Rev. Mod. Phys. 82, 3045 (2010).
B. A. Bernevig, T. L. Hughes, and S. C. Zhang, Science (Washington, DC, U. S.) 314, 1757 (2006).
M. Konig, S. Wiedmann, C. Brune, A. Roth, H. Buhmann, L. W. Molenkamp, X. L. Qi, and S. C. Zhang, Science (Washington, DC, U. S.) 318, 766 (2007).
I. Knez, R. R. Du, and G. Sullivan, Phys. Rev. Lett. 107, 136603 (2011).
X. Qian, J. Liu, L. Fu, and J. Li, Science (Washington, DC, U. S.) 346, 1344 (2014).
S. Wu, V. Fatemi, Q. D. Gibson, K. Watanabe, T. Taniguchi, R. J. Cava, and P. Jarillo-Herrero, Science (Washington, DC, U. S.) 359, 76 (2018).
A. Roth, C. Brune, H. Buhmann, L. W. Molenkamp, J. Maciejko, X. L. Qi, and S. C. Zhang, Science (Washington, DC, U. S.) 325, 294 (2009).
K. C. Nowack, E. M. Spanton, M. Baenninger, M. König, J. R. Kirtley, B. Kalisky, C. Ames, P. Leubner, C. Brüne, H. Buhmann, L. W. Molenkamp, D. Goldhaber-Gordon, and K. A. Moler, Nat. Mater. 12, 787 (2013).
E. B. Olshanetsky, Z. D. Kvon, G. M. Gusev, A. D. Levin, O. E. Raichev, N. N. Mikhailov, and S. A. Dvoretsky, Phys. Rev. Lett. 114, 126802 (2015).
K.-M. Dantscher, D. A. Kozlov, M. T. Scherr, S. Gebert, J. Bärenfänger, M. V. Durnev, S. A. Tarasenko, V. V. Bel’kov, N. N. Mikhailov, S. A. Dvoretsky, Z. D. Kvon, J. Ziegler, D. Weiss, and S. D. Ganichev, Phys. Rev. B 95, 201103 (2017).
T. Li, P. Wang, G. Sullivan, X. Lin, and R.-R. Du, Phys. Rev. B 96, 241406 (2017).
G. M. Gusev, Z. D. Kvon, E. B. Olshanetsky, A. D. Levin, Y. Krupko, J. C. Portal, N. N. Mikhailov, and S. A. Dvoretsky, Phys. Rev. B 89, 125305 (2014).
F. Nichele, H. J. Suominen, M. Kjaergaard, C. M. Marcus, E. Sajadi, J. A. Folk, F. Qu, A. J. A. Beukman, F. K. de Vries, J. van Veen, S. Nadj-Perge, L. P. Kouwenhoven, B.-M. Nguyen, A. A. Kiselev, W. Yi, M. Sokolich, M. J. Manfra, E. M. Spanton, and K. A. Moler, New J. Phys. 18, 083005 (2016).
E. S. Tikhonov, D. V. Shovkun, V. S. Khrapai, Z. D. Kvon, N. N. Mikhailov, and S. A. Dvoretsky, JETP Lett. 101, 708 (2015).
P. P. Aseev and K. E. Nagaev, Phys. Rev. B 94, 045425 (2016).
Z. D. Kvon, E. B. Olshanetsky, D. A. Kozlov, E. Novik, N. N. Mikhailov, and S. A. Dvoretsky, Physics 37, 202 (2011).
M. de Jong and C. Beenakker, Phys. A (Amsterdam, Neth.) 230, 219 (1996).
T. L. Schmidt, S. Rachel, F. von Oppen, and L. I. Glazman, Phys. Rev. Lett. 108, 156402 (2012).
N. Kainaris, I. V. Gornyi, S. T. Carr, and A. D. Mirlin, Phys. Rev. B 90, 075118 (2014).
J. I. Väyrynen, M. Goldstein, and L. I. Glazman, Phys. Rev. Lett. 110, 216402 (2013).
P. D. Kurilovich, V. D. Kurilovich, I. S. Burmistrov, and M. Goldstein, JETP Lett. 106, 593 (2017).
C. H. Hsu, P. Stano, J. Klinovaja, and D. Loss, Phys. Rev. B 96, 1 (2017).
C.-H. Hsu, P. Stano, J. Klinovaja, and D. Loss, Phys. Rev. B 97, 125432 (2018).
J. Alicea, Rep. Prog. Phys. 75, 076501 (2012).
V. Mourik, K. Zuo, S. M. Frolov, S. R. Plissard, E. P. A. M. Bakkers, and L. P. Kouwenhoven, Science (Washington, DC, U. S.) 336, 1003 (2012).
H. O. H. Churchill, V. Fatemi, K. Grove-Rasmussen, M. T. Deng, P. Caroff, H. Q. Xu, and C. M. Marcus, Phys. Rev. B 87, 241401 (2013).
J. Shabani, M. Kjaergaard, H. J. Suominen, Y. Kim, F. Nichele, K. Pakrouski, T. Stankevic, R. M. Lutchyn, P. Krogstrup, R. Feidenhans’l, S. Kraemer, C. Nayak, M. Troyer, C. M. Marcus, and C. J. Palmstrom, Phys. Rev. B 93, 155402 (2016).
M. Kjaergaard, H. J. Suominen, M. P. Nowak, A. R. Akhmerov, J. Shabani, C. J. Palmstrom, F. Nichele, and C. M. Marcus, Phys. Rev. Appl. 7, 034029 (2017).
H. J. Suominen, M. Kjaergaard, A. R. Hamilton, J. Shabani, C. J. Palmstrom, C. M. Marcus, and F. Nichele, Phys. Rev. Lett. 119, 176805 (2017).
G. Koblmller, S. Hertenberger, K. Vizbaras, M. Bichler, F. Bao, J.-P. Zhang, and G. Abstreiter, Nanotechnology 21, 365602 (2010).
S. Abay, D. Persson, H. Nilsson, F. Wu, H. Q. Xu, M. Fogelström, V. Shumeiko, and P. Delsing, Phys. Rev. B 89, 214508 (2014).
A. V. Bubis, A. O. Denisov, S. U. Piatrusha, I. E. Batov, V. S. Khrapai, J. Becker, J. Treu, D. Ruhstorfer, and G. Koblmüller, Semicond. Sci. Technol. 32, 094007 (2017).
A. Shelankov, JETP Lett. 32, 111 (1980).
J. Becker, S. Morkötter, J. Treu, M. Sonner, M. Speckbacher, M. Döblinger, G. Abstreiter, J. J. Finley, and G. Koblmüller, Phys. Rev. B 97, 115306 (2018).
M. T. Deng, S. Vaitiekenas, E. B. Hansen, J. Danon, M. Leijnse, K. Flensberg, J. Nygård, P. Krogstrup, and C. M. Marcus, Science (Washington, DC, U. S.) 354, 1557 (2016).
Y. V. Nazarov, Phys. Rev. Lett. 73, 1420 (1994).
M. Henny, Science (Washington, DC, U. S.) 284, 296 (1999).
A. Moisala, A. G. Nasibulin, D. P. Brown, H. Jiang, L. Khriachtchev, and E. I. Kauppinen, Chem. Eng. Sci. 61, 4393 (2006).
Y. Tian, M. Y. Timmermans, M. Partanen, A. G. Nasibulin, H. Jiang, Z. Zhu, and E. I. Kauppinen, Carbon 49, 4636 (2011).
M. Bockrath, Science (Washington, DC, U. S.) 275, 1922 (1997).
S. J. Tans, M. H. Devoret, H. Dai, A. Thess, R. E. Smalley, L. J. Geerligs, and C. Dekker, Nature (London, U.K.) 386, 474 (1997).
E. V. Sukhorukov, G. Burkard, and D. Loss, Phys. Rev. B 63, 125315 (2001).
W. Belzig, Phys. Rev. B 71, 161301 (2005).
J. Basset, A. Y. Kasumov, C. P. Moca, G. Zaránd, P. Simon, H. Bouchiat, and R. Deblock, Phys. Rev. Lett. 108, 046802 (2012).
E. Onac, F. Balestro, B. Trauzettel, C. F. J. Lodewijk, and L. P. Kouwenhoven, Phys. Rev. Lett. 96, 026803 (2006).
F. Wu, P. Queipo, A. Nasibulin, T. Tsuneta, T. H. Wang, E. Kauppinen, and P. J. Hakonen, Phys. Rev. Lett. 99, 156803 (2007)
K. Kaasbjerg and W. Belzig, Phys. Rev. B 91, 235413 (2015).
S. Kogan, Electronic Noise and Fluctuations in Solids (Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2008).
D. V. Ooijen and G. V. Gurp, Phys. Lett. 17, 230 (1965).
R. F. Voss, C. M. Knoedler, and P. M. Horn, Phys. Rev. Lett. 45, 1523 (1980).
T. Hoss, C. Strunk, T. Nussbaumer, R. Huber, U. Staufer, and C. Schönenberger, Phys. Rev. B 62, 4079 (2000).
D. Bagrets and A. Levchenko, Phys. Rev. B 90, 180505 (2014).
M. Žonda, W. Belzig, and T. Novotný, Phys. Rev. B 91, 134305 (2015).
A. G. Semenov and A. D. Zaikin, Phys. Rev. B 94, 014512 (2016).
H. F. C. Hoevers, A. C. Bento, M. P. Bruijn, L. Gottardi, M. A. N. Korevaar, W. A. Mels, and P. A. J. de Korte, Appl. Phys. Lett. 77, 4422 (2000).
L. Landau and E. Lifshitz, Course of Theoretical Physics, Vol. 5: Statistical Physics, 3rd ed. (Elsevier Science, Amsterdam, 2013; Nauka, Moscow, 1995), eng. p.340.
S. Kogan, Sov. Phys. Usp. 28, 170 (1985).
A. Kardakova, A. Shishkin, A. Semenov, G. N. Goltsman, S. Ryabchun, T. M. Klapwijk, J. Bousquet, D. Eon, B. Sacépé, T. Klein, and E. Bustarret, Phys. Rev. B 93, 064506 (2016).
S. V. Postolova, A. Y. Mironov, and T. I. Baturina, JETP Lett. 100, 635 (2015).
A. Mani and C. Benjamin, Sci. Rep. 7, 6954 (2017).
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Additional information
The article is published in the original.
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Piatrusha, S.U., Ginzburg, L.V., Tikhonov, E.S. et al. Noise Insights into Electronic Transport. Jetp Lett. 108, 71–83 (2018). https://doi.org/10.1134/S0021364018130039
Received:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1134/S0021364018130039