Ultra-low-noise transimpedance amplifier in cryogenic STM for studying novel quantum states by measuring shot noise
DOI:
https://doi.org/10.1063/10.0017824Ключові слова:
cryogenic scanning tunneling microscope, transimpedance amplifier, high electron mobility transistor, equivalent input noise current power spectral density, scanning tunneling shot noise spectra, Majorana bound statesАнотація
Запропоновано наднизькошумовий з великою шириною полоси частот підсилювач трансімпедансу (TIA) для кріогенного скануючого тунельного мікроскопу (CryoSTM). TIA, з’єднаний з чутливим елементом (tip-sample component) CryoSTM, називається CryoSTM-TIA. Посилення його трансімпедансу є вище 1 ГОм, а пропускна здатність понад 300 кГц, але еквівалентна спектральна густина потужності вхідного шумового струму менша ніж 4 (fA)2 /Гц при 100 кГц. Низький шум, притаманний CryoSTM-TIA, пояснюється його конструкцією: (1) його попередній підсилювач виготовлений з пари низькошумових транзисторів з високою рухливістю електронів (HEMT); (2) шум, що генерується одним HEMT, усувається великим конденсатором; (3) ємність кабелю, що з’єднує затвор іншого HEMT з наконечником, мінімізована; (4) джерела теплового шуму, такі як резистор зворотного зв’язку, розміщуються в кріогенній зоні. Дрейф постійної вихідної напруги CryoSTM-TIA є дуже низьким,5 μV/°C. Апарат може бути використаний для вимірювання сканованих тунельних спектрів диференціальної провідності, особливо сканованих тунельних спектрів дробового шуму (STSNS) квантових систем, навіть якщо дробовий шум дуже низький. Він забезпечує універсальний інструмент для вивчення різних нових квантових станів шляхом вимірювання STSNS, таких як виявлення майоранівських зв’язаних станів.
Завантаження
