Bolómetro de microondas de unión Josephson basado en grafeno

Área de la Ciencia:

• La física
• Ciencias de los materiales
• Tecnología cuántica

Sus antecedentes:

• Los detectores de microondas sensibles son cruciales para la radioastronomía, las búsquedas de la materia oscura y la ciencia de la información cuántica.
• Los bolómetros convencionales se enfrentan a limitaciones en el acoplamiento de fotones y la estabilidad del material debido a su gran relación superficie-volumen.
• La nanofabricación de dispositivos más pequeños es el enfoque típico para mejorar la sensibilidad del bolómetro.

Objetivo del estudio:

• Para presentar un sensor bolométrico ultrafino basado en grafeno monocapa.
• Superar las limitaciones de los bolómetros convencionales utilizando las propiedades térmicas y electrónicas únicas del grafeno.
• Para lograr una sensibilidad sin precedentes en la detección de microondas.

Principales métodos:

• Desarrolló un bolómetro de unión de superconductor-grafeno-superconductor Josephson.
• Incorpora la unión de Josephson en un resonador de microondas con una frecuencia de resonancia de 7,9 GHz y una eficiencia de acoplamiento > 99%.
• Se utilizó el bajo calor específico electrónico y la conductividad térmica del grafeno.

Principales resultados:

• Se obtiene una potencia equivalente al ruido de 7 × 10−19 W/√Hz.
• Demostró una resolución de energía equivalente a un fotón de 32 GHz.
• Se alcanzó el límite fundamental de sensibilidad impuesto por las fluctuaciones térmicas a 0,19 K.

Conclusiones:

• El grafeno monocapa permite el desarrollo de sensores bolométricos ultra sensibles.
• El bolómetro de unión superconductor-grafeno-superconductor Josephson representa un avance significativo en la tecnología de detectores.
• Los materiales bidimensionales son prometedores para crear bolómetros en el límite termodinámico.