- 發(fā)布時(shí)間2020-10-08 17:25
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靈敏的微波探測器在射電天文學(xué),暗物質(zhì)軸子搜索和超導(dǎo)量子信息科學(xué)中至關(guān)重要。獲得高靈敏度輻射熱測定的常規(guī)策略是納米加工更小尺寸的器件,以增強(qiáng)熱響應(yīng)。然而,由于表面污染,在具有大比表面積的器件中,難以獲得有效的光子耦合,并且難以維持材料性能。
有鑒于此,近日,美國雷神公司Kin Chung Fong等提出了一種基于單層石墨烯的薄輻射熱傳感器。為了利用石墨烯的微小電子比熱和導(dǎo)熱率,開發(fā)了嵌入在微波諧振器中的超導(dǎo)體-石墨烯-超導(dǎo)體約瑟夫森結(jié)輻射熱測量儀,其諧振頻率為7.9 GHz,耦合效率超過99%。約瑟夫森開關(guān)電流對工作溫度、電荷密度、輸入功率和頻率的依賴性表明,每平方根赫茲的等效噪聲功率為7×10-19 W,對應(yīng)于單個(gè)32千兆赫光子的能量分辨率,達(dá)到由內(nèi)部熱波動(dòng)在0.19 K下施加的基本極限。本文的結(jié)果表明,二維材料可以使輻射熱計(jì)的開發(fā)具有熱力學(xué)定律所允許的最高靈敏度。
圖1. 基于石墨烯的約瑟夫森結(jié)微波輻射熱計(jì)。
圖2. GJJ開關(guān)電流的特性。
圖3. 將該器件用作測輻射熱儀并測量探測器效率。
圖4. 輻射熱計(jì)的靈敏度和基本波動(dòng)極限。
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