灵敏的微波探测器在射电天文学，暗物质轴子搜索和超导量子信息科学中至关重要。获得高灵敏度辐射热测定的常规策略是纳米加工更小尺寸的器件，以增强热响应。然而，由于表面污染，在具有大比表面积的器件中，难以获得有效的光子耦合，并且难以维持材料性能。
有鉴于此，近日，美国雷神公司Kin Chung Fong等提出了一种基于单层石墨烯的薄辐射热传感器。为了利用石墨烯的微小电子比热和导热率，开发了嵌入在微波谐振器中的超导体-石墨烯-超导体约瑟夫森结辐射热测量仪，其谐振频率为7.9 GHz，耦合效率超过99％。约瑟夫森开关电流对工作温度、电荷密度、输入功率和频率的依赖性表明，每平方根赫兹的等效噪声功率为7×10-19 W，对应于单个32千兆赫光子的能量分辨率，达到由内部热波动在0.19 K下施加的基本极限。本文的结果表明，二维材料可以使辐射热计的开发具有热力学定律所允许的最高灵敏度。
图1. 基于石墨烯的约瑟夫森结微波辐射热计。
图2. GJJ开关电流的特性。
图3. 将该器件用作测辐射热仪并测量探测器效率。
图4. 辐射热计的灵敏度和基本波动极限。
文献信息：
Graphene-based Josephson junction microwave bolometer
(Nature, 2020, DOI:10.1038/s41586-020-2752-4)
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