首個基于石墨烯的太赫茲超導約瑟夫森結(jié)探測器

中國科學院紫金山天文臺與中國電子科技集團第十三研究所合作，實現(xiàn)了基于超導體-石墨烯-超導體（SGS）約瑟夫森結(jié)的太赫茲頻段高靈敏度探測器。近期，相關(guān)研究成果以 A terahertz detector based on superconductor-graphene-superconductor Josephson junction 為題，發(fā)表在 Carbon 上。 L-Xd3RCD  
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太赫茲頻段（0.1-10 THz）介于微波與紅外之間，是天文學領(lǐng)域觀測早期遙遠天體、冷暗天體及被塵埃遮掩而光學不可見天體等的獨特“窗口”。在技術(shù)上，太赫茲頻段處于電子學向光子學的過渡區(qū)域，是有待全面開發(fā)的電磁譜段。科研人員不斷嘗試新材料和新技術(shù)，以期實現(xiàn)背景極限靈敏度的天文探測。近年來，基于二維石墨烯材料的高靈敏度探測器技術(shù)快速發(fā)展，特別是二維石墨烯材料和超導材料相結(jié)合的SGS約瑟夫森結(jié)超導探測器已在微波波段實現(xiàn)，并有望拓展到太赫茲譜段，為研制高靈敏度太赫茲超導探測器開辟新途徑。 <.l5>mgkCw  
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該研究采用高溫熱解法外延生長的雙層石墨烯薄膜作為微橋，連接兩個鈮（Nb）超導電極，研制出太赫茲譜段基于二維石墨烯材料SGS約瑟夫森結(jié)高靈敏度超導探測器。當石墨烯薄膜長度縮短至亞微米尺度時，科研團隊觀測到鈮超導電極與石墨烯微橋間臨近效應（Proximity effect）導致的約瑟夫森隧穿現(xiàn)象。研究通過監(jiān)測石墨烯微橋中因吸收輻射引起的電流變化，即可檢測太赫茲輻射信號�？蒲腥藛T采用低噪聲超導量子干涉儀（SQUID）作為該SGS約瑟夫森結(jié)探測器的讀出電路，在1.4 THz頻段和0.1-0.6K溫區(qū)測得光學噪聲等效功率（NEP）為2.5-5×10^-16W/Hz0.5，達到了該頻段地面觀測背景極限探測靈敏度。該研究 首次在太赫茲譜段實現(xiàn)基于SGS約瑟夫森結(jié)高靈敏度探測器技術(shù)，拓展了二維石墨烯材料的應用方向，為研制天文應用大規(guī)模陣列太赫茲探測器提供新的技術(shù)途徑。 %;yo\  
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研究工作得到國家自然科學委優(yōu)秀青年科學基金項目、中科院關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)團隊項目等的支持。 dDi 1{s  
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論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0008622322009617