We investigate the basic charge and heat transport properties of charge neutral epigraphene at sub-kelvin temperatures, demonstrating a nearly logarithmic dependence of electrical conductivity over more than two decades in temperature. Using graphene's sheet conductance as an in situ thermometer, we present a measurement of electron-phonon heat transport at mK temperatures and show that it obeys the T4 dependence characteristic for a clean two-dimensional conductor. Based on our measurement, we predict the noise-equivalent power of of the epigraphene bolometer at the low end of achievable temperatures.
References
1.
K. V.
Emtsev
, A.
Bostwick
, K.
Horn
, J.
Jobst
, G. L.
Kellogg
, L.
Ley
, J. L.
McChesney
, T.
Ohta
, S. A.
Reshanov
, J.
Röhrl
, E.
Rotenberg
, A. K.
Schmid
, D.
Waldmann
, H. B.
Weber
, and T.
Seyller
, Nat. Mater.
8
, 203
(2009
).2.
C.
Virojanadara
, M.
Syväjarvi
, R.
Yakimova
, L.
Johansson
, A.
Zakharov
, and T.
Balasubramanian
, Phys. Rev. B
78
, 245403
(2008
).3.
A.
Tzalenchuk
, S.
Lara-Avila
, A.
Kalaboukhov
, S.
Paolillo
, M.
Syväjärvi
, R.
Yakimova
, O.
Kazakova
, T. J. B. M.
Janssen
, V.
Fal'ko
, and S.
Kubatkin
, Nat. Nanotechnol.
5
, 186
(2010
).4.
S.
Lara-Avila
, A.
Danilov
, D.
Golubev
, H.
He
, K. H.
Kim
, R.
Yakimova
, F.
Lombardi
, T.
Bauch
, S.
Cherednichenko
, and S.
Kubatkin
, Nat. Astron.
3
, 983
(2019
).5.
H.
He
, S.
Lara-Avila
, K. H.
Kim
, N.
Fletcher
, S.
Rozhko
, T.
Bergsten
, G.
Eklund
, K.
Cedergren
, R.
Yakimova
, Y. W.
Park
, A.
Tzalenchuk
, and S.
Kubatkin
, Metrologia
56
, 045004
(2019
).6.
H.
He
, K. H.
Kim
, A.
Danilov
, D.
Montemurro
, L.
Yu
, Y. W.
Park
, F.
Lombardi
, T.
Bauch
, K.
Moth-Poulsen
, T.
Iakimov
, R.
Yakimova
, P.
Malmberg
, C.
Müller
, S.
Kubatkin
, and S.
Lara-Avila
, Nat. Commun.
9
, 3956
(2018
).7.
T. M.
Klapwijk
and A. V.
Semenov
, IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol.
7
, 627
–648
(2017
).8.
R.
Kokkoniemi
, J.
Govenius
, V.
Vesterinen
, R. E.
Lake
, A. M.
Gunyhó
, K. Y.
Tan
, S.
Simbierowicz
, L.
Grönberg
, J.
Lehtinen
, M.
Prunnila
et al., “Nanobolometer with ultralow noise equivalent power
,” Commun. Phys.
2
, 124
(2019
).9.
B.
Karimi
, F.
Brange
, P.
Samuelsson
, and J. P.
Pekola
, “Reaching the ultimate energy resolution of a quantum detector
,” Nat. Commun.
11
, 367
(2020
).10.
D. K.
Efetov
, R.-J.
Shiue
, Y.
Gao
, B.
Skinner
, E. D.
Walsh
, H.
Choi
, J.
Zheng
, C.
Tan
, G.
Grosso
, C.
Peng
, J.
Hone
, K. C.
Fong
, and D.
Englund
, Nat. Nanotechnol.
13
, 797
(2018
).11.
F.
Vischi
, M.
Carrega
, A.
Braggio
, F.
Paolucci
, F.
Bianco
, S.
Roddaro
, and F.
Giazotto
, Phys. Rev. Appl.
13
, 054006
(2020
).12.
I. V.
Borzenets
, U. C.
Coskun
, H. T.
Mebrahtu
, Y. V.
Bomze
, A. I.
Smirnov
, and G.
Finkelstein
, Phys. Rev. Lett.
111
, 027001
(2013
).13.
X.
Du
, D. E.
Prober
, V.
Heli
, and C. B.
Mckitterick
, Graphene 2D Mater.
1
, 1
(2014
).14.
K. C.
Fong
, E. E.
Wollman
, H.
Ravi
, W.
Chen
, A. A.
Clerk
, M. D.
Shaw
, H. G.
Leduc
, and K. C.
Schwab
, Phys. Rev. X
3
, 041008
(2013
).15.
A. M. R.
Baker
, J. A.
Alexander-Webber
, T.
Altebaeumer
, S. D.
McMullan
, T. J. B. M.
Janssen
, A.
Tzalenchuk
, S.
Lara-Avila
, S.
Kubatkin
, R.
Yakimova
, C.-T.
Lin
, L.-J.
Li
, and R. J.
Nicholas
, Phys. Rev. B
87
, 045414
(2013
).16.
J.
Huang
, J. A.
Alexander-Webber
, T. J. B. M.
Janssen
, A.
Tzalenchuk
, T.
Yager
, S.
Lara-Avila
, S.
Kubatkin
, R. L.
Myers-Ward
, V. D.
Wheeler
, D. K.
Gaskill
, and R. J.
Nicholas
, J. Phys.: Condens. Matter
27
, 164202
(2015
).17.
S. V.
Morozov
, K. S.
Novoselov
, M. I.
Katsnelson
, F.
Schedin
, L. A.
Ponomarenko
, D.
Jiang
, and A. K.
Geim
, “Strong suppression of weak localization in graphene
,” Phys. Rev. Lett.
97
, 016801
(2006
).18.
E.
McCann
, K.
Kechedzhi
, V. I.
Fal'ko
, H.
Suzuura
, T.
Ando
, and B. L.
Altshuler
, “Weak-localization magnetoresistance and valley symmetry in graphene
,” Phys. Rev. Lett.
97
, 146805
(2006
).19.
F. V.
Tikhonenko
, A. A.
Kozikov
, A. K.
Savchenko
, and R. V.
Gorbachev
, “Transition between electron localization and antilocalization in graphene
,” Phys. Rev. Lett.
103
, 226801
(2009
).20.
K.
Kechedzhi
, D. W.
Horsell
, F. V.
Tikhonenko
, A. K.
Savchenko
, R. V.
Gorbachev
, I. V.
Lerner
, and V. I.
Fal'ko
, “Quantum transport thermometry for electrons in graphene
,” Phys. Rev. Lett.
102
, 066801
(2009
).21.
T.
Yager
, A.
Lartsev
, S.
Mahashabde
, S.
Charpentier
, D.
Davidovikj
, A.
Danilov
, R.
Yakimova
, V.
Panchal
, O.
Kazakova
, A.
Tzalenchuk
, S.
Lara-Avila
, and S.
Kubatkin
, Nano Lett.
13
, 4217
(2013
).22.
A.
Tzalenchuk
, S.
Lara-Avila
, K.
Cedergren
, M.
Syväjärvi
, R.
Yakimova
, O.
Kazakova
, T.
Janssen
, K.
Moth-Poulsen
, T.
Bjørnholm
, S.
Kopylov
, V.
Fal'ko
, and S.
Kubatkin
, Solid State Commun.
151
, 1094
(2011
).23.
H. B.
Heersche
, P.
Jarillo-Herrero
, J. B.
Oostinga
, L. M. K.
Vandersypen
, and A. F.
Morpurgo
, Nature
446
, 56
(2007
).24.
N.
Mizuno
, B.
Nielsen
, and X.
Du
, Nat. Commun.
4
, 2716
(2013
).25.
S.
Cho
and M. S.
Fuhrer
, Phys. Rev. B
77
, 081402(R)
(2008
).26.
R. P.
Tiwari
and D.
Stroud
, Phys. Rev. B
79
, 165408
(2009
).27.
S.
Lara-Avila
, A.
Tzalenchuk
, S.
Kubatkin
, R.
Yakimova
, T. J. B. M.
Janssen
, K.
Cedergren
, T.
Bergsten
, and V.
Fal'ko
, Phys. Rev. Lett.
107
, 166602
(2011
).28.
J.
Bardeen
, G.
Rickayzen
, and L.
Tewordt
, “Theory of the thermal conductivity of superconductors
,” Phys. Rev.
113
, 982
(1959
).29.
J. T.
Peltonen
, P.
Virtanen
, M.
Meschke
, J. V.
Koski
, T. T.
Heikkilä
, and J. P.
Pekola
, “Thermal conductance by the inverse proximity effect in a superconductor
,” Phys. Rev. Lett.
105
, 097004
(2010
).30.
A. V.
Timofeev
, M.
Helle
, M.
Meschke
, M.
Möttönen
, and J. P.
Pekola
, “Electronic refrigeration at the quantum limit
,” Phys. Rev. Lett.
102
, 200801
(2009
).31.
R. J.
Schoelkopf
, P.
Wahlgren
, A. A.
Kozhevnikov
, P.
Delsing
, and D. E.
Prober
, Science
280
, 1238
(1998
).32.
S.
Tanabe
, Y.
Sekine
, H.
Kageshima
, M.
Nagase
, and H.
Hibino
, “Carrier transport mechanism in graphene on SiC(0001)
,” Phys. Rev. B
84
, 115458
(2011
).33.
N.
Ray
, S.
Shallcross
, S.
Hensel
, and O.
Pankratov
, “Buffer layer limited conductivity in epitaxial graphene on the Si face of SiC
,” Phys. Rev. B
86
, 125426
(2012
).34.
J.
Huang
, J. A.
Alexander-Webber
, A. M. R.
Baker
, T. J. B. M.
Janssen
, A.
Tzalenchuk
, V.
Antonov
, T.
Yager
, S.
Lara-Avila
, S.
Kubatkin
, R.
Yakimova
, and R. J.
Nicholas
, “Physics of a disordered Dirac point in epitaxial graphene from temperature-dependent magnetotransport measurements
,” Phys. Rev. B
92
, 075407
(2015
).35.
F.
Giazotto
, T. T.
Heikkilä
, A.
Luukanen
, A. M.
Savin
, and J. P.
Pekola
, Rev. Mod. Phys.
78
, 217
(2006
).© 2021 Author(s).
2021
Author(s)
You do not currently have access to this content.
