📄 Показана версия «Просто» — «Подробно» пока не готова. Добавьте ★ в избранное, если хотите её ускорить. Прошу разобрать полностью

Ток, текущий по проводу, никогда не бывает идеально ровным. Если прислушаться к нему достаточно чутко, слышен шорох — дробовой шум. Он возникает потому, что заряд переносится не сплошным потоком, а отдельными порциями, как капли дождя по крыше. По характеру этого шума можно понять, сколько заряда несёт каждая «капля».

Физики измерили такой шум в сверхпроводящем контакте — тонком мостике между сверхпроводником и металлическим остриём. При температуре 2,2 кельвина (около минус 271 градуса Цельсия) они меняли прозрачность контакта — насколько легко электроны проходят через него. Когда контакт был почти закрыт, электроны проскакивали по одному, и шум соответствовал заряду одного электрона. Но когда контакт открывали шире, в игру вступали андреевские отражения — процессы, при которых электрон, попадая в сверхпроводник, превращается в пару: один электрон уходит вглубь, а «дырка» (пустое место с положительным зарядом) возвращается обратно. Такие процессы позволяют переносить заряд порциями, кратными заряду электрона — например, сразу два заряда за одно событие.

Чтобы увидеть эту смену режима, понадобился новый усилитель, способный уловить ничтожно малый шум при очень низких токах. Эксперимент проводился на поверхности свинца Pb(111) с помощью сканирующего туннельного микроскопа, который позволял точно настраивать расстояние между остриём и образцом, а значит — прозрачность контакта. Измерения показали: по мере увеличения прозрачности шум менялся от «одноэлектронного» к «многозарядному», что полностью совпало с теоретическими расчётами для одноканальной системы.

Такой подход превращает шум в точный инструмент. Теперь, меняя прозрачность контакта на атомном масштабе, можно изучать, как именно заряд переносится через микроскопические структуры. Это важно для будущих квантовых устройств, где каждый электрон на счету.

Оригинальная аннотация

как её написали авторы, на английском 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.