基于高能隙氮化铌超导隧道结的太赫兹混频技术研究

太赫兹频段占微波背景辐射以后宇宙空间近一半的光子能量，其天文观测研究对理解宇宙状态和演化有非常重要的意义。作为太赫兹频段最灵敏的相干探测器，超导隧道结（SIS）混频器在太赫兹天文观测研究中发挥越来越重要的作用。但是，超导SIS混频器的工作频率上限取决于采用超导体的能隙频率，目前仍未突破1.4THz。为实现1THz以上频段的相干探测技术，本申请项目拟选择有重要科学意义的1.5THz频段，开展基于高能隙氮化铌（NbN）隧道结的高灵敏度超导SIS混频技术研究。通过制备高质量的NbN超导隧道结，实现其量子混频特性及傅立叶光谱特性的数值模拟及实验表征，进而深入理解NbN超导隧道结在1THz以上频率的量子混频特性，力争在1.5THz频段实现优于十倍量子极限的探测灵敏度。本申请项目研究将为我国在提议的南极太赫兹天文计划及将来的空间太赫兹天文计划打下重要基础，并有望在国际上实现频率最高的超导SIS混频器。

太赫兹频段占微波背景辐射以后宇宙空间近一半的光子能量，其天文观测研究对理解宇宙状态和演化有非常重要的意义。作为太赫兹频段最灵敏的相干探测器，超导隧道结（SIS）混频器在太赫兹天文观测研究中发挥越来越重要的作用。但是，超导SIS 混频器的工作频率上限取决于采用超导体的能隙频率，目前仍未突破1.4THz。为实现1THz 以上频段的相干探测技术，本申请项目选择有重要科学意义的1.5THz 频段，开展了基于高能隙氮化铌（NbN）隧道结的高灵敏度超导SIS 混频技术研究。通过制备高质量的氮化铌超导隧道结，研究了其傅立叶光谱特性和混频特性随磁场变化特性，进行了数值模拟及实验表征，并深入理解了氮化铌超导隧道结在1THz 以上频率的量子混频特性。本项目研究结果将为我国在提议的南极太赫兹天文计划及将来的空间太赫兹天文计划打下重要基础。