Probing superconducting phase fluctuations from the current noise spectrum of pseudogaped metal-superconductor tunnel junctions

We study the current noise spectra of a tunnel junction of a metal with strong pairing phase fluctuation and a superconductor. It is shown that there is a characteristic peak in the noise spectrum at the intrinsic Josephson frequency $\omega_J=2eV$ when $\omega_J$ is smaller than the pairing gap but larger than the pairing scattering rate. In the presence of an AC voltage, the tunnelling current noise shows a series of characteristic peaks with increasing DC voltage. Experimental observation of these peaks will give direct evidence of the pair fluctuation in the normal state of high-$T_c$ superconductors and from the half width of the peaks the pair decay rate can be estimated.Comment: 4 pages, 3 figure

Supercurrent noise in quantum point contacts

Spectral density of current fluctuations in a short ballistic superconducting quantum point contact is calculated for arbitrary bias voltages $V$. Contrary to a common opinion that the supercurrent flow in Josephson junctions is coherent process with no fluctuations, we find extremely large current noise that is {\em caused} by the supercurrent coherence. An unusual feature of the noise, besides its magnitude, is its voltage dependence: the noise decreases with increasing $V$, despite the fact that the dc current grows steadily with $V$. At finite voltages the noise can be qualitatively understood as the shot noise of the large charge quanta of magnitude $2\Delta /V$ equal to the charge transferred during one period of Josephson oscillations.Comment: 12 pages, revtex, 2 figures by fax/conventional mail upon reques

The phase-dependent linear conductance of a superconducting quantum point contact

The exact expression for the phase-dependent linear conductance of a weakly damped superconducting quantum point contact is obtained. The calculation is performed by summing up the complete perturbative series in the coupling between the electrodes. The failure of any finite order perturbative expansion in the limit of small voltage and small quasi-particle damping is analyzed in detail. In the low transmission regime this nonperturbative calculation yields a result which is at variance with standard tunnel theory. Our result predicts the correct sign of the quasi-particle pair interference term and exhibits an unusual phase-dependence at low temperatures in qualitative agreement with the available experimental data.Comment: 12 pages (revtex) + 1 postscript figure. Submitted to Phys. Rev. Let

Observation of Andreev Reflection Enhanced Shot Noise

We have experimentally investigated the quasiparticle shot noise in NbN/MgO/NbN superconductor - insulator - superconductor tunnel junctions. The observed shot noise is significantly larger than theoretically expected. We attribute this to the occurrence of multiple Andreev reflection processes in pinholes present in the MgO barrier. This mechanism causes the current to flow in large charge quanta (Andreev clusters), with a voltage dependent average value of m = 1+ 2 Delta/eV times the electron charge. Because of this charge enhancement effect, the shot noise is increased by the factor m.Comment: 4 pages, 5 figures include

Electron-electron interactions and two-dimensional - two-dimensional tunneling

We derive and evaluate expressions for the dc tunneling conductance between interacting two-dimensional electron systems at non-zero temperature. The possibility of using the dependence of the tunneling conductance on voltage and temperature to determine the temperature-dependent electron-electron scattering rate at the Fermi energy is discussed. The finite electronic lifetime produced by electron-electron interactions is calculated as a function of temperature for quasiparticles near the Fermi circle. Vertex corrections to the random phase approximation substantially increase the electronic scattering rate. Our results are in an excellent quantitative agreement with experiment.Comment: Revtex style, 21 pages and 8 postscript figures in a separate file; Phys. Rev. B (in press

Mesoscopic effects in tunneling between parallel quantum wires

We consider a phase-coherent system of two parallel quantum wires that are coupled via a tunneling barrier of finite length. The usual perturbative treatment of tunneling fails in this case, even in the diffusive limit, once the length L of the coupling region exceeds a characteristic length scale L_t set by tunneling. Exact solution of the scattering problem posed by the extended tunneling barrier allows us to compute tunneling conductances as a function of applied voltage and magnetic field. We take into account charging effects in the quantum wires due to applied voltages and find that these are important for 1D-to-1D tunneling transport.Comment: 8 pages, 7 figures, improved Figs., added Refs. and appendix, to appear in Phys. Rev.

Electronic Transport in Hybrid Mesoscopic Structures: A Nonequilibrium Green Function Approach

We present a unified transport theory of hybrid structures, in which a confined normal state ($N$) sample is sandwiched between two leads each of which can be either a ferromagnet ($F$) or a superconductor ($S$) via tunnel barriers. By introducing a four-dimensional Nambu-spinor space, a general current formula is derived within the Keldysh nonequilibrium Green function formalism, which can be applied to various kinds of hybrid mesoscopic systems with strong correlations even in the nonequilibrium situation. Such a formula is gauge invariant. We also demonstrate analytically for some quantities, such as the difference between chemical potentials, superconductor order parameter phases and ferromagnetic magnetization orientations, that only their relative value appears explicitly in the current expression. When applied to specific structures, the formula becomes of the Meir-Wingreen-type favoring strong correlation effects, and reduces to the Landauer-B\"uttiker-type in noninteracting systems such as the double-barrier resonant structures, which we study in detail beyond the wide-band approximation.Comment: 24 pages, 12 eps figures, Revtex

NICHE CONVERGENCE IN THE DESERT RODENTS OF TWO GEOGRAPHICALLY ISOLATED COMMUNITIES

Usando el método de análisis de conglomerados se realizó una clasificación ecológica para dos comunidades de roedores geográficamente aisla- dos, una en Asia Central (trans-Altaí Gobi, República Popular de Mongolia) y la otra en Norte América (Desierto Chíhuahuense, Mapímí, México). El espacio ecológico de cada una de las comunidades fue determinado por medio de la técnica de ordenación polar (Bray y Curtis, 1957). Para la determinación de la dieta de los roedores se analizaron contenidos estomacales tomando en cuenta, sólo grandes grupos de alimento. En la conducta exploratorioa se utilizó la técnica de Open fieid" (Eisenberg, 1963,1967). Estos tipos de conductas se relacionaron con el uso del espacio (microhábitat). las especies geográficamente aisladas fueron en todos los casos agrupadas a un nivel de semejanza menor que las relacionadas geográficamente. Sin embargo, las especies asiáticas fueron más especializadas en el uso del microhábitat y en su alimentación. la distribución de especies en el espacio ecológico de Trans Altai Gobi fue generalmente más uniforme, tomando en cuenta que el espacio ocupado fue tan grande como en Mapimí. De los dos grupos de especies que se encontraron en la comunidad del Desierto Chihuahuense (Mapimí), uno estuvo integrado por Heterómídos y el otro por Cricétidos norteamericanos. la di- ferencia que se encontró en el espacio ecológico de las comunidades de Trans Altai Gobi y del Desierto Chihuahuense fue debido básicamente a un grado diferente de divergencia ecológica entre los roedores saltadores bípedos y cuadrúpedos. la riqueza específica en ambas comunidades fue similar. la comunidad de Trans Altai Gobi tiene una fuerte divergencia de especies y estuvo compuesta por nueve géneros y diez especies (Euchoreutes naso, Salpingotus crassicauda, AHactaga sibirica, AHactaga taliae, Dipus sagitta, Mus musculus, Crícetulus migratorius, Rhodopus rovorovskii, Mariones meridianos, Rhombomys opimus). En el Desierto Chihuahuense, estuvo compuesta por siete géneros y once especies (Spermophiius spiiosoma, Spermophilus variegatus, Perognathus pencillatus, P. flavos, P. nelsoni, Dipodomys merriami, D. nelsoni, Neotoma aibiguia, Onichomys tórridos, Peromyscus eremicus y Sigmodon hispidos}. los trabajos más recientes realizados por los ecólogos rusos sobre convergencia ecológica en roedores del desierto y estepas se han basado en el concepto de formas de vida (Kaskarov 1938,1944: Formozov 1950, 1956; Khodashova 1953: Bannikov 1954). Este concepto refleja el fenómeno de evolución paralela (convergencia) de algunos caracteres en animales que se encuentran en condiciones ambientales similares. Para cada una de las formas de vida, las características morfológicas, que tienen una significancia adaptativa fueron consideradas prirñordiales. Diferentes autores han llegado a conclusiones basándose en diferente caracteres, y consecuentemente la clasificación ecológica final ha sido frecuentemente un tanto subjetiva. la razón de estas diferencias es que el significado del término forma de vida ha sido tratado de manera diferente (Krivolutsky 1967). Con el desarrollo de la tecnología de Taxonomía Numérica (Sokal y Sneath 1963; Smirnov 1969; Jardine y Sibson 1971), las clasificaciones ecológicas pueden considerar al mismo tiempo un gran número de parámetros, más o menos relacionados ecológicamente, y una estimación numérica de cada parámetro (Fuji 1969). Cada una de las clasificaciones usualmente están basadas en la idea del nicho ecológico fundamental, tratado como una combinación de todos los recursos usados por las especies (Hutchinson 1957), o todas las interacciones de las actividades de las especies con esos recursos. El enfoque cuantitativo requiere una mayor evaluación objetiva, pero el problema es que aumenta la selección de parámetros por comparación. Si usamos un gran número de características mofológicas, es difícil evitar confu- siones en algunas características de valores adaptativos diferentes. la posibilidad de reducir cada uno de los errores, es factible, siempre y cuando al clasificar, no se empleen sólo los factores morfológicos, sino también los ecológicos. Entre estos factores ecológieos se consideran primordiales: los hábitos alimentarios; patrones de utilización de espacio, incluyendo conducta forrajera o de escape y el uso de refugio . Estas características en ecología y conducta han sido extensamente utilizadas para determinar nichos tróficos y espaciales (Pianka 1969; Brown 1975; Odum 1975). Este enfoque fue utilizado por Shenbrot (1980,1982) en la clasificación morfológica de los jerbos de Asia menor. Este sistema se asemeja en gran parte a la clasificación morfológica de los jerbos adoptada en la taxonomía actual. Esta semejanza es difícilmente posible cuando se hace lacomparación de caracteres ecológicos de formas filogenéticamente distantes e independientes y de comunidades geográficamente aisladas, debido a que la dibergencia ecológica dentro de un grupo taxonómico puede exceder las diferencias entre representantes de diferentes taxa. En tales casos es posible entontrar los equivalentes ecológicos entre formas no relacionadas filogenéticamente, (os cuales han evolucionado en ambientes físicos y geográficos similares. Tales trabajos pueden dar bases para la investigación de las peculiaridades estructurales de comunidades geográficamente aisladas. El grado de semejanza en formas ecológicas de diferentes comunidades nos conduce al uso del análisis de procesos de tales evoluciones. Esto se basa en el estudio de características de la estructura, condiciones ambientales y la historia de las comunidades geográficamente aisladas. En este trabajo intentamos crear una clasificación ecológica de roedores del desierto, para identificar formas ecológicas equivalentes, y analizar la estructura de las comunidades filogenétícamente independientes de los desiertos de Asia Central y Norte América. los datos sobre la ecología y conducta de los roedores fueron colectados durante las expediciones de los autores al área de Trans Altai Gobi como parte de la expedición biológica Soviétíco-Mongola (verano 1980-1982), y durante la expedición al Desierto Chihuahuense (México) en la Reserva de la Biosfera de Mapimí, Dgo. (Sept.-Nov. 1981-1983)