論文の概要: Revealing the ultra-sensitive calorimetric properties of supercon-ducting magic-angle twisted bilayer graphene

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.08735v1
• Date: Tue, 16 Nov 2021 19:13:20 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-07 23:43:13.444345
• Title: Revealing the ultra-sensitive calorimetric properties of supercon-ducting magic-angle twisted bilayer graphene
• Title（参考訳）: 超導電性マジック角度ツイスト二層グラフェンの超高感度熱量特性の解明
• Authors: G. Di Battista, P. Seifert, K. Watanabe, T. Taniguchi, K.C. Fong, A. Principi and D. K. Efetov
• Abstract要約: 魔法の角をねじった二層グラフェン(MATBG)1の超伝導相は、異常な熱的性質を持つと予測されている。 超伝導MATBG素子の温度依存性臨界電流Icをモニタリングすることにより,超感度のカロリー測定特性を明らかにする。 これは超伝導MATBGを超感度光子検出のための革命活性物質として確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The allegedly unconventional superconducting phase of magic-angle twisted bilayer graphene (MATBG)1 has been predicted to possess extraordinary thermal properties, as it is formed from a highly diluted electron ensemble with both a record-low carrier density n ~ 10^11 cm-2 and electronic heat capacity Ce < 100 kB. While these attributes position MATBG as a ground-breaking material platform for revolutionary calorimetric applications2, these properties have so far not been experimentally shown. Here we reveal the ultra-sensitive calorimetric properties of a superconducting MATBG device, by monitoring its temperature dependent critical current Ic under continuous laser heating with a wavelength of 1550nm. From the bolometric effect, we are able to extract the temperature dependence of the electronic thermal conductance Gth, which remarkably has a non-zero value Gth = 0.19 pW/K at 35mK and in the low temperature limit is consistent with a power law dependence, as expected for nodal superconductors. Photo-voltage measurements on this non-optimized device reveal a peak responsivity of S = 5.8 x 10^7 V/W when the device is biased close to Ic, with a noise-equivalent power of NEP = 5.5 x 10^-16 WHz^-1/2. Analysis of the intrinsic perfor-mance shows that a theoretically achievable limit is defined by thermal fluctuations and can be as low as NEPTEF < 10^-20 WHz-1/2, with operation speeds as fast as ~ 500 ns. This establishes superconducting MATBG as a revolutionizing active material for ultra-sensitive photon-detection applications, which could enable currently unavailable technologies such as THz photon-number-resolving single-photon-detectors.
• Abstract（参考訳）: マジックアングルツイスト二層グラフェン(matbg)1の非典型的な超伝導相は、記録的なキャリア密度n〜10^11 cm-2と電子熱容量ce<100kbの両方の非常に希薄な電子アンサンブルから形成されると予測されている。 これらの特性は、MATBGを革命的カロリー測定応用のための地中破壊材料プラットフォームとして位置づけているが、これらの特性は今のところ実験的には示されていない。 ここでは, 連続レーザー加熱中の温度依存性臨界電流icを1550nmの波長で観測することにより, 超伝導マトリクス素子の超感度熱量測定特性を明らかにする。 ボロメトリ効果から,35mkで非零値gth = 0.19pw/k, 低温限度では非破壊超伝導体で想定される電力則依存性と一致する電子熱伝導率gthの温度依存性を抽出できる。 この非最適化デバイス上の光電圧測定は、デバイスがIcに近づくとS = 5.8 x 10^7 V/Wのピーク応答性を示し、ノイズ等価電力はNEP = 5.5 x 10^-16 WHz^-1/2である。 固有パーフォルマンスの解析によると、理論上達成可能な限界は熱ゆらぎによって定義され、NEPTEF < 10^-20 WHz-1/2 で、動作速度は ~500 ns である。 これは超伝導MATBGを超感度光子検出のための革命的な活性物質として確立し、THz光子数分解単光子検出器のような現在利用できない技術を可能にする。

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