基于石墨烯-绝缘体-超导体隧穿结的电子冷却及其在快速辐射热测量中的应用

混合正常金属-绝缘体-超导体结中的电子冷却是一项用于调控固态纳米系统热负载的有前景技术。高效电子冷却的主要瓶颈之一是电子-声子耦合，因为它构成了通往声子浴的热泄漏通道。石墨烯是一种二维材料，与标准金属相比表现出更弱的电子-声子耦合。为此，我们研究了由两处绝缘体/超导体结接触的石墨烯片所构成石墨烯基系统中的电子冷却。我们表明，通过适当偏置石墨烯，其电子温度可达到低于类似金属超薄膜系统所实现的基础值。此外，更低的电子-声子耦合反映为泵入超导引线中的热功率更低，从而避免了其过热并保持了冷却机制。最后，我们分析了冷却石墨烯作为辐射热传感辐射计的可能应用。我们研究了其主要品质因数，即响应度、噪声等效功率与响应时间。特别地，我们展示了内置电子制冷可使响应度达到 50 nA/pW 量级、噪声等效功率达到 $\rm 10^{-18}\, W\, Hz^{-1/2}$ 量级，而响应速度约为 10 ns，对应于 20 MHz 量级的热带宽。