Сверхпроводящий резонатор с микромостиком из гафния при температурах 50-350 mK

Abstract

A high-quality superconducting resonator with a microbridge of hafnium film for use in a circuit for readout a terahertz-band imaging array with frequency division multiplexing is demonstrated experimentally. The variability of the impedance of the bridge at a frequency of 1.5 GHz, which is a key factor in the control of the quality of the resonator, is studied. The bridge, having a thickness of about 50 nm, a critical temperature T _ C ≈ 380 mK, and a plan size of 2.5 × 2.5 μm, was connected as a load of a resonator made of niobium film with a thickness of about 100 nm ( T _ C ~ 9 K). It is shown that the bridge smoothly changes its impedance proportionally to the bias power in the entire temperature range. The effective thermal insulation of the bridge was measured in a dilution cryostat at temperatures of 50–300 mK. Thermal conductivity G of the bridge was calculated and found to be ~4 × 10^–13 W/K, which gives an estimate of the sensitivity of the structure in the bolometric mode NEP ≈ 8 × 10^–19 W/Hz^1/2 at a temperature of 150 mK.

Устройства И Методы Измерения Параметров RFTES-болометра

“…В работе [9] было использовано оценочное значение коэффициента черноты ∼ 0.42; частотной неравномерностью и прозрачностью пленки мы пренебрегли. Сравнение вычисленной мощности на входе RFTESболометра и измеренного приращения на выходе позволило получить коэффициент передачи и определить NEP ≈ 3 • 10 −17 W/ √ Hz, что оказалось всего в 3 раза выше теоретического предсказания.…”

“…Чувствительным элементом RFTES-болометра является пленочный микромостик из гафния с электронным газом, включенный одновременно в цепь планарной антенны диапазона 550−750 GHz и в цепь сверхпроводящего копланарного резонатора с частотой (считывания) ∼ 1.5 GHz, что позволяет использовать такой детектор в матрицах с частотной селекцией пикселей по технологии FDM (Frequency Division Multiplexing) [8]. Настоящая работа посвящена демонстрации новых устройств и методов измерения шумовых и динамических параметров детектора, построенного согласно технологии RFTES [9], которая имеет, по мнению авторов, определенные преимущества перед уже зрелыми технологиями TES и MKID [10,11].…”

“…При этом вклад шумов усилителя в измеряемый шум болометрического приемника как целого может быть недооценен, что приводит к неверным оценкам шума самого болометра. Поскольку чувствительность детектора[9] является в значительной степени расчетным параметром, опирающимся на калибровку шума черного тела, обнаруженный избыточный шум усилителя Журнал технической физики, 2023, том 93, вып. Динамические характеристики RFTES-болометра.…”

Сверхпроводящий Источник Шума Для Сверхнизких Температур

“…где T k -температура решетки, -константа электрон-фононного взаимодействия материала, vобъем мостика, n = 5−6, A -константа Капицы для продолжения проектов [1,15]. Диапазон температур микромостика ограничен критическими температурами гафния и ниобия: T cHf ≈ 0.4 K и T cNb ≈ 9 K. Упрощенная топология чипа представлена на рис.…”

“…Проведенные оценки показывают, что предлагаемый генератор шума не перегрузит криостат растворения и в принципе может быть интегрирован в составе микросхемы с практическим болометром и/или усилителем. Эксперимент по модуляции в проекте[15] позволил оценить время температурной релаксации микромостика из гафния < 10 µs, что определяется временем электрон-фононной релаксации. Использование электронного газа в качестве термодинамической среды[18] открывает качественно новые возможности в прецизионных измерениях сверхмалошумящих устройств.…”