Record #278335 - iMPULSE

DFG project G:(GEPRIS)388956995

Physikalische Grenzen der Empfindlichkeit eines monolithischen supraleitenden THz Sensors aus einer galvanisch-entkoppelten Nanobrücke.

Coordinator	Professor Dr. Michael Siegel ; Professor Dr. Alexey V. Ustinov, Ph.D.
Grant period	2018 - 2022
Funding body	Deutsche Forschungsgemeinschaft
	DFG
Identifier	G:(GEPRIS)388956995

Note: Das Ziel des Projektes ist die Untersuchung der Energierelaxationsprozesse in Supraleitern mit starker Unordnung. Die Supraleiter haben hierbei Abmessungen im nanometer-Bereich und werden in der Nähe des Phasenübergangs bei ultra-niedrigen Temperaturen unter Einstrahlung von Mikrowellen- Terahertz- und optischer Strahlung. Diese Relaxationsprozesse definieren das intrinsische Rauschniveau in funktionellen Nanostrukturen, welche die fundamentale Sensitivität der Detektionselemente bestimmen. Die geringe Wärmekapazität der Quasipartikel in einer Nano-Insel oder Nano-Brücke und die relativ großen Energierelaxationszeiten machen diese Strukturen sehr empfindlich gegenüber Anregungen selbst mit ultra-geringem Photon-Fluss. Die potentielle Anwendung kann im Bereich der ultra-sensitiven Photonen-Sensoren in einem breiten Frequenzbereich liegen. Die Materialien für Nano-Inseln sind Niedertemperatursupraleiter mit starker Unordnung wie zum Beispiel Titan (Ti) und Hafnium (Hf) mit kritischen Temperaturen im Bereich um 100 mK. Wenn die Nano-Inseln ein Photon absorbieren, steigt die Anzahl der Quasipartikel oder deren Energieverteilung ändert sich zu nicht-thermisch. Es ist möglich, die Dynamik dieses Prozesses im Detail zu beobachten. Bei sehr niedrigen Temperaturen werden die charakteristische Energie-Relaxationszeiten der Quasipartikel ausreichend lang aufgrund der reduzierten Elektronen-Phononen Wechselwirkung, sogar nahe Tc. Daher kann dieser Nicht-Gleichgewichtszustand beobachtet werden durch die Messung der Veränderung der komplexen Impedanz der Nano-Insel. Eine Änderung der Anzahl an Quasipartikeln aufgrund von Fluktuationen oder Photonenabsorption wird gemessen durch die Veränderung der komplexen mikrowellen-Impedanz im GHz-Frequenzbereich. Dies ist möglich durch das Einbetten der Nano-Insel in einen high-Q supraleitenden Resonator. Dieser Ansatz erlaubt die präzise Untersuchung des Energie-Relaxationsprozesses und der charakteristischen Lebensdauern der Quasipartikel in einer supraleitenden Nanostruktur nahe und unterhalb von Tc und daher die fundamentalen Grenzen der Sensitivität.

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Record created 2023-01-31, last modified 2024-09-27

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