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Nature：基于石墨烯的約瑟夫森結(jié)微波輻射熱計(jì)

  • 發(fā)布時(shí)間2020-10-08 17:25
  • 發(fā)布人金彩集團(tuán)
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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。

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圖1. 基于石墨烯的約瑟夫森結(jié)微波輻射熱計(jì)。

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圖2. GJJ開關(guān)電流的特性。

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圖3. 將該器件用作測輻射熱儀并測量探測器效率。

圖片 5.png

圖4. 輻射熱計(jì)的靈敏度和基本波動(dòng)極限。