포논 소음

열변동 소음이라고도 알려진 포논 소음은 열 질량과 그 주변 환경 사이의 임의적인 에너지 교환에서 발생한다. 이 에너지는 음핵의 형태로 정량화된다. 각 포논에는 순서 $k{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ T ${\displaystyle k_{\text{B}}$의 에너지가 있다.$T$ ${\displaystyle {여기}_{}}$서 k $B{\displaystyle {}_{}}$ ${\$$B{\displaystyle }$$}}}$은 볼츠만의 상수, T ${\displaystyle T}$은 온도. 에너지의 무작위 교환은 기온의 변동으로 이어진다. 이것은 열 질량과 환경이 열 평형 상태일 때, 즉 같은 시간 평균 온도일 때에도 발생한다. 기기에 온도 의존적인 전기 저항이 있는 경우, 이러한 온도 변동은 저항의 변동으로 이어진다. 음소음이 중요한 장치의 예로는 눈금계와 눈금계가 있다. 볼로미터나 칼로리미터로 작동할 수 있는 초전도 전환 에지 센서(TES)는 포논 소음이 전체 소음에 크게 기여할 수 있는 장치의 예다.^[1]

존슨-나이키스트 노이즈가 포논 노이즈와 많은 유사점을 공유하지만(예: 소음 스펙트럼 밀도는 온도에 따라 다르며 저주파에서 백색이다), 이 두 소음원은 구별된다. 존슨-나이키스트 노이즈는 전자의 임의 열 운동에서 발생하는 반면, 포논 노이즈는 음소의 임의 교환에서 발생한다. 존슨-나이키스트 노이즈는 회로의 모든 구성 요소가 동일한 온도로 유지되는 열 평형에서 쉽게 모델링된다. 열 회로의 다른 구성 요소가 온도에서 균일하지 않고 검출기에 발생한 입자로부터의 에너지 침적에서와 같이 종종 시간 불변성이 아니기 때문에 음소음에 대한 일반적인 평형 모델은 일반적으로 불가능하다. 전환 에지 센서는 일반적으로 내부 전력의 변화와 관련된 음의 전자열 피드백을 통해 온도를 유지한다.^[1]

모든 구성 요소가 온도 T에 매우 근접한 경우 전압계의 음소음으로 인한 소음 등가력(NEP)에 대한 대략적인 공식은 다음과 같다.

${\displaystyle \ NEP={\sqrt {4k_{\text{B}}}T^{2}G},}$

여기서 G는 $열전도율$이고 NEP는 W${\displaystyle }$/ ${\displaystyle \sqrt{\mathrm{H}}}$ z ${\$로 측정된다$.$^[2] 열량계 검출기에서는 준평형 근처의 음소음으로 인한$$ rms 에너지 분해능 $\Delta {\displaystyle }$ ${\displaystyle E}$ ${\displaystyle \delta E}$을 유사한 공식을 사용하여 설명한다.

${\displaystyle \delta E={\sqrt {k_{\text{B}}}T^{2}C},}$

여기서 C는 열 용량이다.^[3]

실제 전압계 또는 칼로리계는 흡수기와 욕조 사이의 온도 구배 때문에 평형 상태에 있지 않다. G와 C는 일반적으로 온도의 비선형 기능이기 때문에, 보다 발전된 모델은 흡수기와 욕조의 온도를 모두 포함할 수 있으며, G 또는 C를 이 온도 범위에 걸친 동력 법칙으로 취급할 수 있다.

참고 항목

• 열변동

참조