基于石墨烯约瑟夫森结的量子噪声极限微波放大
介观与纳米尺度物理
2022-11-11 v1
摘要
约瑟夫森结(JJ)及其可调特性(包括其非线性)构成了超导电路量子电动力学(cQED)的核心。在量子电路中,微弱微波信号的低噪声放大至关重要,约瑟夫森参量放大器(JPA)是广泛使用的器件。现有的JPA基于以超导量子干涉器件几何结构实现的Al-AlOx-Al隧道结,其中磁通是调节频率的旋钮。近期二维范德华JJ的实验实现为构建各种cQED器件提供了机会,并额外具备利用栅极电势调节结特性与工作点的优势。尽管可能的二维范德华cQED架构的其他组件已被展示,但作为关键组件的量子噪声极限放大器尚未实现。在此,我们利用石墨烯JJ实现了量子噪声极限JPA,其线性谐振栅极可调范围为3.5 GHz。我们报道了24 dB增益、10 MHz带宽和-130 dBm饱和功率,性能与最佳单结JPA相当。重要的是,我们的栅极可调JPA工作在量子极限噪声 regime,这使其成为高灵敏度信号处理的理想选择。我们的工作对新型辐射热计具有启示意义——石墨烯的低热容与JJ非线性相结合,可造就嵌入量子噪声极限放大器内的极高灵敏度微波辐射热计。总体而言,我们的工作将通过把传感器与量子放大器集成,开启对二维范德华材料可扩展器件架构的探索。
引用
@article{arxiv.2204.02103,
title = {Quantum noise limited microwave amplification using a graphene Josephson junction},
author = {Joydip Sarkar and Kishor V. Salunkhe and Supriya Mandal and Subhamoy Ghatak and Alisha H. Marchawala and Ipsita Das and Kenji Watanabe and Takashi Taniguchi and R. Vijay and Mandar M. Deshmukh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.02103},
year = {2022}
}
备注
15 pages, 4 figures, and supplementary information