通过局域过剩噪声成像非局域电子输运

噪声通常妨碍信号检测。然而，正如 Landauer 所强调的，噪声可以成为一种揭示电荷粒子动力学的宝贵信号。理解纳米尺度下的局域非平衡电子动力学对于发展微型化电子器件、光学纳米器件和热管理器件具有决定性意义。在非平衡条件下，电子引起电流涨落（过剩噪声），其中包含关于电子动力学的指纹式信息。因此，一个关键挑战是局域检测过剩噪声并对其进行实空间成像。然而，现有噪声测量尚未解决这一挑战，因为所研究的噪声是空间积分后的结果。本文报道了首次在具有纳米尺度收缩区的 GaAs/AlGaAs 量子阱（QW）器件上，对产生的超高频（21.3 THz）过剩噪声进行局域检测与成像的实验。我们使用尖锐的钨针尖作为可移动、无接触、无侵入的局域噪声探针，实现了纳米尺度的空间分辨率（约 50 nm）。由此首次可视化纳米尺度下电子加热和热电子动力学的局域分布，揭示了源于速度过冲和谷间热电子转移的显著非局域输运特性。在将我们的实验方法应用于介观导体的同时，我们强调该方法适用于导体之外的多种不同材料，并将我们的仪器命名为扫描噪声显微镜（SNoiM）：一般而言，非平衡电流涨落产生于任何材料，包括电介质、金属和分子体系。这些涨落反过来在材料表面激发涨落的电场和磁场倏逝场，可由我们的 SNoiM 探测并成像。