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- 發(fā)布時間2020-10-08 17:25
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靈敏的微波探測器在射電天文學，暗物質軸子搜索和超導量子信息科學中至關重要。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，以增強熱響應。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熱率，開發(fā)了嵌入在微波諧振器中的超導體-石墨烯-超導體約瑟夫森結輻射熱測量儀，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，對應于單個32千兆赫光子的能量分辨率，達到由內部熱波動在0.19 K下施加的基本極限。本文的結果表明，二維材料可以使輻射熱計的開發(fā)具有熱力學定律所允許的最高靈敏度。
圖1. 基于石墨烯的約瑟夫森結微波輻射熱計。
圖2. GJJ開關電流的特性。
圖3. 將該器件用作測輻射熱儀并測量探測器效率。
圖4. 輻射熱計的靈敏度和基本波動極限。
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