El ruido que delata la carga exprés
La corriente que fluye por un cable nunca es perfectamente uniforme. Si se escucha con suficiente atención, se oye un susurro: el ruido de disparo. Surge porque la carga no se transporta como un flujo continuo, sino en porciones individuales, como gotas de lluvia sobre un tejado. Por la naturaleza de este ruido se puede deducir cuánta carga lleva cada «gota».
Los físicos midieron este ruido en un contacto superconductor — un puente delgado entre un superconductor y una punta metálica. A una temperatura de 2,2 kelvin (unos -271 grados Celsius), variaron la transparencia del contacto, es decir, la facilidad con que los electrones lo atraviesan. Cuando el contacto estaba casi cerrado, los electrones pasaban de uno en uno, y el ruido correspondía a la carga de un solo electrón. Pero al abrir más el contacto, entraban en juego las reflexiones de Andreev — procesos en los que un electrón, al entrar en el superconductor, se convierte en un par: un electrón se adentra y un «hueco» (un lugar vacío con carga positiva) regresa. Estos procesos permiten transportar carga en porciones múltiplos de la carga del electrón, por ejemplo, dos cargas a la vez en un solo evento.
Para observar este cambio de régimen, se necesitó un nuevo amplificador capaz de captar un ruido diminuto a corrientes muy bajas. El experimento se realizó sobre una superficie de plomo Pb(111) con un microscopio de efecto túnel, que permitía ajustar con precisión la distancia entre la punta y la muestra y, por tanto, la transparencia del contacto. Las mediciones mostraron que, al aumentar la transparencia, el ruido pasaba de «un solo electrón» a «multicarga», lo que coincidió plenamente con los cálculos teóricos para un sistema de un solo canal.
Este enfoque convierte el ruido en una herramienta precisa. Ahora, variando la transparencia del contacto a escala atómica, se puede estudiar cómo se transporta la carga a través de estructuras microscópicas. Esto es importante para los futuros dispositivos cuánticos, donde cada electrón cuenta.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2603.22145
Charge transport in superconducting junctions at finite voltages is governed by Andreev reflections, including multiple Andreev reflections, which are processes that enable multiple charge transfer, a hallmark that shot noise can directly quantify. Since the effective charge extracted from shot noise measurements varies with the transparency of the junction, systematic control of transparency is essential but experimentally challenging. Here, we present shot noise scanning tunneling microscopy measurements enabled by a newly developed amplifier, allowing access to different transparency regimes. We perform shot noise measurements on Pb(111) with tunable transparency at 2.2 K and observe that the shot noise evolves from a single electron tunneling regime to multiple charge transfer regime as transparency increases. Our results are quantitatively consistent with theoretical simulations of Andreev reflections and multiple Andreev reflections for a single-channel system. These results establish junction transparency as the key parameter governing the evolution of charge transport and demonstrate that noise-STM is a powerful platform for investigating microscopic charge transport mechanisms with controlled junction transparency at the atomic scale.
El ruido de disparo se describió por primera vez en 1918, al estudiar la dispersión en las válvulas de vacío — de ahí su nombre: «disparo» del inglés shot (disparo, perdigones).