Superconducting quantum interference devices based set-up for probing current noise and correlations in three-terminal devices

International audienceWe have implemented a new experimental set-up for precise measurements of current fluctuations in three-terminal devices. The system operates at very low temperatures (30 mK) and is equipped with three superconducting quantum interference devices (SQUIDs) as low noise current amplifiers. A SQUID input coil is connected to each terminal of a sample allowing the acquisition of time-dependent current everywhere in the circuit. From these traces, we can measure the current mean value, the noise, and cross-correlations between different branches of a device. In this paper, we present calibration results of noise and cross-correlations obtained using low impedance macroscopic resistors. From these results, we can extract the noise level of the set-up and show that there are no intrinsic correlations due to the measurement scheme. We also studied noise and correlations as a function of a dc current and estimated the electronic temperature of various macroscopic resistors

Local turbulence parameterization improves the Jensen wake model and its implementation for power optimization of an operating wind farm

In this paper, a new calculation procedure to improve the accuracy of the Jensen wake model for operating wind farms is proposed. In this procedure, the wake decay constant is updated locally at each wind turbine based on the turbulence intensity measurement provided by the nacelle anemometer. This procedure was tested against experimental data at the Sole du Moulin Vieux (SMV) onshore wind farm in France and the Horns Rev-I offshore wind farm in Denmark. Results indicate that the wake deficit at each wind turbine is described more accurately than when using the original model, reducing the error from 15&thinsp;% to 20&thinsp;% to approximately 5&thinsp;%. Furthermore, this new model properly calibrated for the SMV wind farm is then used for coordinated control purposes. Assuming an axial induction control strategy, and following a model predictive approach, new power settings leading to an increased overall power production of the farm are derived. Power gains found are on the order of 2.5&thinsp;% for a two-wind-turbine case with close spacing and 1&thinsp;% to 1.5&thinsp;% for a row of five wind turbines with a larger spacing. Finally, the uncertainty of the updated Jensen model is quantified considering the model inputs. When checked against the predicted power gain, the uncertainty of the model estimations is seen to be excessive, reaching approximately 4&thinsp;%, which indicates the difficulty of field observations for such a gain. Nevertheless, the optimized settings are to be implemented during a field test campaign at SMV wind farm in the scope of the national project SMARTEOLE.</p

Quantification du comportement du sillage des éoliennes grâce à des mesures in-situ par LiDAR scannant

La production éolienne industrielle s'organise sous la forme de centrales regroupant de quelques unités à la centaine d'éoliennes. Ces centrales sont disséminées sur le territoire terrestre ou maritime en des lieux soigneusement sélectionnés sur la base de nombreux critères, dont le potentiel éolien. Cela concerne la qualité des vents incidents, l'influence de la complexité géométrique du site mais aussi les interactions aérodynamiques entre éoliennes qui pourraient dégrader la qualité du vent incident et donc la production énergétique. En fonction de la direction des vents, la proximité des éoliennes organisées en parc induit très fréquemment des interactions de sillages entre deux ou plusieurs machines alignées. Le sillage généré par une éolienne se caractérise principalement par un déficit de vitesse du vent et une augmentation de la turbulence sur plusieurs centaines de mètres en aval. L'interaction du sillage d'une éolienne sur une seconde se traduit par une diminution du rendement ainsi qu'une augmentation des charges aérodynamiques fatiguant prématurément les matériaux. De plus, les grandes échelles de la turbulence atmosphérique ont tendance à modifier la trajectoire des sillages éoliens avec un caractère instationnaire, appelé méandrement (« meandering »). La stabilité thermique de l'atmosphère a également une influence très forte sur le comportement instationnaire du sillage puisqu'elle peut être la source de mouvements convectifs de grande ampleur, pouvant modifier le contenu turbulent de la couche limite atmosphérique. Le projet ANR SMARTEOLE (ANR-14-CE05-0034) a permis la mise en place d'une campagne d'essais de 7 mois dont un des objectifs était la capture du sillage de deux éoliennes, en interaction, ou non, grâce à un LiDAR scannant fixé au sol, à 1500m de la zone d'intérêt. L'acquisition d'un champ de vitesse quasi-horizontal est assurée en 15 secondes et peut être considérée comme une mesure du champ de vitesse instantanée. Les positions des sillages éoliens instantanés sont détectées sur chaque champ instantané grâce à une méthode de détermination du centre du sillage développée et validée sur des essais comparables en soufflerie. L'écart-type de la position instantanée des sillages peut alors être déterminé. La classification des données en fonction de la stabilité thermique, de la direction et de la vitesse du vent permet ensuite de déterminer une cartographie du comportement du sillage éolien en fonction de ces paramètres. Une partie des résultats de cette étude paramétrique seront présentés

Réalisation d'un dispositif à 3 SQUIDs pour la mesure de corrélations de bruit de grenaille

In this PhD, we have developped a set-up to measure current noise correlations at very low temperature.Ce travail de thèse est consacré à la construction et l'optimisation d'un dispositif de mesure de corrélations en courant à très basse température

Réalisation d'un dispositif à 3 SQUIDs pour la mesure de corrélations de bruit de grenaille

In this PhD, we have developped a set-up to measure current noise correlations at very low temperature.Ce travail de thèse est consacré à la construction et l'optimisation d'un dispositif de mesure de corrélations en courant à très basse température

Réalisation d'un dispositif à 3 SQUIDs pour la mesure de corrélations de bruit de grenaille

In this PhD, we have developped a set-up to measure current noise correlations at very low temperature.Ce travail de thèse est consacré à la construction et l'optimisation d'un dispositif de mesure de corrélations en courant à très basse température

Réalisation d'un dispositif à 3 SQUIDs pour la mesure de corrélations de bruit de grenaille

CE PROJET DE THESE EST CONSACRE A LA CONSTRUCTION ET L'OPTIMISATION D'UN DISPOSITIF DE MESURE DE CORRÉLATIONS DE BRUIT EN COURANT À TRÈS BASSE TEMPÉRATURE. AU COURS DES DEUX DERNIÈRES DÉCENNIES, LE BRUIT DE GRENAILLE S'EST RÉVÉLÉ ÊTRE UN OUTIL PUISSANT D'INVESTIGATION DES PROPRIÉTÉS DE TRANSPORT ÉLECTRONIQUE DES CONDUCTEURS MÉSOSCOPIQUES. EN PARTICULIER, DANS LE CAS DE NANOSTRUCTURES À TROIS TERMINAUX, LA MESURE DES CORRÉLATIONS DU BRUIT DE GRENAILLE ENTRE DEUX TERMINAUX PERMET DE SONDER LA STATISTIQUE DES PORTEURS ET LEURS INTERACTIONS. DANS LE CAS OÙ LES INTERACTIONS PEUVENT ÊTRE NÉGLIGÉES, DES PARTICULES OBÉISSANT À UNE STATISTIQUE BOSONIQUE CONDUISENT À DES CORRÉLATIONS POSITIVES. POUR UNE STATISTIQUE FERMIONIQUE, LES CORRÉLATIONS SERONT AU CONTRAIRE NÉGATIVES. CES RÉSULTATS ONT ÉTÉ CONFIRMÉS EXPÉRIMENTALEMENT À PLUSIEURS REPRISES POUR LES DEUX FAMILLES DE PARTICULES, NOTAMMENT GRÂCE AUX EXPÉRIENCES FONDATRICES MENÉES AU COURS DES ANNÉES 1950 PAR HANBURY-BROWN ET TWISS SUR DES PHOTONS PROVENANT D'UNE ÉTOILE. EN REVANCHE, LORSQU'UN SUPRACONDUCTEUR EST CONNECTÉ À DEUX BRAS DE MÉTAL NORMAL (N/SIN), L'INTERACTION BCS PEUT INDUIRE DES CORRÉLATIONS POSITIVES DANS CE SYSTÈME FERMIONIQUE PAR LE BIAIS DE LA RÉFLEXION D'ANDREEV QUI TRANSFORME UNE PAIRE DE COOPER EN DEUX ÉLECTRONS DANS LES BRAS NORMAUX. LA MESURE DE CES CORRÉLATIONS DOIT PERMETTRE LA MISE EN ÉVIDENCE EXPÉRIMENTALE DU CARACTÈRE NON LOCAL DE LA RÉFLEXION D'ANDREEV, AINSI QUE DE L'EXISTENCE D'ÉTATS INTRIQUÉS À DEUX PARTICULES. L'OBJECTIF DU DISPOSITIF CONSTRUIT EST DE MESURER DE TELLES CORRÉLATIONS. LE PRÉSENT MANUSCRIT DÉCRIT LES ÉTAPES DU PROJET, DU TRAVAIL DE MISE AU POINT DE L'INSTRUMENT ET DE FABRICATION DES ÉCHANTILLONS JUSQU'AUX MESURES PRÉLIMINAIRES.IN THIS PH-D THESIS WE HAVE DEVELOPPED A SET-UP TO MEASURE CURRENT NOISE CORRELATIONS AT VERY LOW TEMPERATURE. OVER THE PAST TWO DECADES, SHOT NOISE HAS BEEN WIDEL Y USED TO INVESTIGATE ELECTRONIC PROPERTlES OF MESOSCOPIC DEVICES. IN THE PARTICULAR CASE OF THREE-TERMINAL NANOSTRUCTURES, SHOT NOISE CORRELATIONS BETWEEN TWO TERMINALS ARE SENSITIVE TO THE STATISTICS OF PARTICLES AND THEIR INTERACTIONS. WHEN INTERACTIONS CAN BE NEGLECTED, CORRELATIONS ARE POSITIVE FOR BOSONS AND NEGATIVE FOR FERMIONS. THIS HAS BEEN CONFIRMED EXPERIMENTAL Y FOR DIFFERENT KIND OF PARTICLES AND FOR BOTH ST A TISTICS, NAMEL Y WITH HISTORICAL EXPERIMENT BY HANBURY-BROWN AND TWISS ON PHOTONS. YET, IN HYBRID NORMAL-SUPERCONDUCTOR DEVICE, THINGS CAN BE DIFFERENT. FOR A SUPERCONDUCTOR CONNECTED TO TWO NORMAL METAL TERMINALS, ANDREEV REFLECTION TRANSFORMS A COOPER PAIR IN TWO ELECTRONS IN NORMAL METAL TERMINALS, AND BCS INTERACTION CAN INDUCE POSITIVE CORRELATIONS. MEASURING CORRELATIONS CAN BE USED TO PROBE NON LOCAL PROPERTIES SUCH AS CROSSED ANDREEV REFLECTION, OR ENTANGLEMENT OF THE ANDREEV PAIR. THE SET-UP DESCRIBED HERE AIMS AT MEASURING SUCH CORRELATIONS. THE THESIS MANUSCRIPT DESCRIBES THE DIFFERENT STEPS OF THE PROJECT, FROM INSTRUMENTATION AND SAMPLE PRODUCTION TO PRELIMINARY MEASUREMENTS.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Statistical characteristics of interacting wind turbine wakes from a 7-month LiDAR measurement campaign

International audienc