Графеновый болометр лучше всего обнаруживает микроволны

Болометр встроен в микроволновый резонатор с частотой 7,9 ГГц с эффективностью связи> 99%.

«Наши результаты показывают, что двумерные материалы могут позволить разработать болометры с наивысшей чувствительностью, разрешенной законами термодинамики», — говорится в статье «Микроволновый болометр с джозефсоновским переходом на основе графена», опубликованной в журнале Nature.

Болометры работают, преобразуя падающее излучение в тепло, а затем измеряют повышение температуры в датчике, чтобы указать энергию излучения. Таким образом, они должны хорошо взаимодействовать с излучением, быть небольшими и легкими для быстрого реагирования.

В этом случае чувствительная структура встроена в резонансную антенну для лучшего взаимодействия, однослойный графен настолько легок, насколько может быть твердое тело, а использование графена в качестве изолятора в джозефсоновском переходе превращает структуру в собственный термометр, поскольку Ток джозефсоновского переключения зависит от температуры.

Спонсором проекта выступила армия США, и в состав команды вошли ученые из Гарвардского университета, Барселонского института науки и технологий, Массачусетского технологического института, Корейского университета науки и технологий Пхохана, Raytheon BBN Technologies и Национального института материаловедения Японии.

«СВЧ-болометр, разработанный в рамках этого проекта, настолько чувствителен, что способен обнаруживать одиночный микроволновый фотон, что является наименьшим количеством энергии в природе», — сказал менеджер программы армии Джо Цю. «Эта технология потенциально откроет новые возможности для таких приложений, как квантовое зондирование и радар».

Помимо того, что графен тонкий, он имеет валентную зону и зону проводимости, которые пересекаются только с одной точкой — точкой Дирака. «Плотность состояний здесь исчезает, так что, когда электроны получают энергию фотона, температура повышается, а утечка тепла небольшая», — сказал ученый Raytheon Кин Чунг Фонг.

Помимо радаров, другими потенциальными приложениями, по мнению армии, являются ночное видение, тепловизионное изображение, лидар, связь, квантовая информатика и поиск темной материи.

Изображение является художественным оттиском работающего устройства армии США.