El soroll fonònic, també conegut com a soroll de fluctuació tèrmica, sorgeix de l'intercanvi aleatori d' energia entre una massa tèrmica i el seu entorn. Aquesta energia es quantifica en forma de fonons. Cada fonó té una energia d'ordre , on és la constant de Boltzmann i és la temperatura. L'intercanvi aleatori d'energia provoca fluctuacions de temperatura. Això passa fins i tot quan la massa tèrmica i l'entorn estan en equilibri tèrmic, és a dir, al mateix temps (temperatura mitjana). Si un dispositiu té una resistència elèctrica dependent de la temperatura, aquestes fluctuacions de temperatura provoquen fluctuacions de resistència. Exemples de dispositius on el soroll fonònic és important inclouen bolòmetres i calorímetres. El sensor de vora de transició superconductor (TES), que es pot utilitzar com a bolòmetre o com a calorímetre, és un exemple d'un dispositiu en què el soroll fonònic pot contribuir significativament al soroll total.K.D. Irwin and G. C. Hilton (2005). Enss, C. ed. "Transition-Edge Sensors". Cryogenic Particle Detection (Springer): 63–150 , .
Tot i que el soroll de Johnson-Nyquist comparteix moltes similituds amb el soroll fonònic (per exemple, la densitat espectral del soroll depèn de la temperatura i és blanca a baixes freqüències), aquestes dues fonts de soroll són diferents. El soroll de Johnson-Nyquist sorgeix del moviment tèrmic aleatori dels electrons, mentre que el soroll fonònic sorgeix de l'intercanvi aleatori de fonons. El soroll de Johnson-Nyquist es modela fàcilment en equilibri tèrmic, on tots els components del circuit es mantenen a la mateixa temperatura. Un model d'equilibri general per al soroll fonònic sol ser impossible perquè els diferents components del circuit tèrmic no són uniformes en temperatura i sovint tampoc són invariants en el temps, com en el cas de la deposició ocasional d'energia de les partícules que incideixen en un detector. El sensor de vora de transició normalment manté la temperatura mitjançant una retroalimentació electrotèrmica negativa associada a canvis en la potència elèctrica interna.K.D. Irwin and G. C. Hilton (2005). Enss, C. ed. "Transition-Edge Sensors". Cryogenic Particle Detection (Springer): 63–150 , .
Una fórmula aproximada per a la potència equivalent en soroll (NEP) deguda al soroll fonònic en un bolòmetre quan tots els components són molt propers a una temperatura T és
on G és la conductància tèrmica i el NEP es mesura en J.C. Mather. (1982). "Bolometer noise: nonequilibrium theory". Appl. Opt. (21): 1125–1129. En detectors calorimètrics, la resolució energètica rms a causa del soroll fonònic prop del quasi-equilibri es descriu mitjançant una fórmula similar,
on C és la capacitat calorífica.S.H. Moseley, J.C. Mather and D. McCammon (1984). "Thermal detectors as x-ray spectrometers". J. Appl. Phys. (56): 1257–1262 .
Un bolòmetre o calorímetre real no està en equilibri a causa d'un gradient de temperatura entre l'absorbidor i el bany. Com que G i C són generalment funcions no lineals de la temperatura, un model més avançat pot incloure la temperatura tant de l'absorbidor com del bany i tractar G o C com una llei de potència en aquest rang de temperatura.
Referències
Categoria:Electrònica Categoria:Física de l'estat sòlid