Coherence Resonance and Stochastic Resonance in an Excitable Semiconductor Superlattice

Abstract

El transporte colectivo de electrones hace que una superred semiconductora débilmente acoplada bajo polarización de voltaje de CC sea un sistema excitable con 2 norte + 2 grados de libertad: densidades de electrones y campos en norte períodos de superred más la corriente total y el campo en el inyector. El ruido externo de amplitud suficiente induce autooscilaciones regulares de corriente (resonancia de coherencia) en estados que son estacionarios en ausencia de ruido. Las simulaciones numéricas muestran que estas oscilaciones se deben a la nucleación y el movimiento repetidos de las ondas dipolares de carga que se forman en el emisor cuando la corriente cae por debajo de un valor crítico. En la corriente crítica, la corriente de tunelización de pozo a pozo se cruza con la línea de carga de contacto. Hemos determinado la corriente crítica dependiente del dispositivo para la resonancia de coherencia a partir de experimentos y simulaciones numéricas. También hemos descrito a través de simulaciones numéricas cómo una resonancia de coherencia desencadena una resonancia estocástica cuando su modo de oscilación se bloquea en una señal de voltaje externo de CA débil. Nuestros resultados concuerdan con las observaciones experimentales

Collective electron transport causes a weakly coupled semiconductor superlattice under dc voltage bias to be an excitable system with 2 N + 2 degrees of freedom: electron densities and fields at N superlattice periods plus the total current and the field at the injector. External noise of sufficient amplitude induces regular current self-oscillations (coherence resonance) in states that are stationary in the absence of noise. Numerical simulations show that these oscillations are due to the repeated nucleation and motion of charge dipole waves that form at the emitter when the current falls below a critical value. At the critical current, the well-to-well tunneling current intersects the contact load line. We have determined the device-dependent critical current for the coherence resonance from experiments and numerical simulations. We have also described through numerical simulations how a coherence resonance triggers a stochastic resonance when its oscillation mode becomes locked to a weak ac external voltage signal. Our results agree with the experimental observations.