Sensor de radiação de microondas de alta sensibilidade

Foi desenvolvido um sensor de radiação de micro-ondas com sensibilidade 100.000 vezes maior do que os sensores comerciais atualmente disponíveis. O bolômetro foi fabricado explorando a gigantesca resposta térmica do grafeno à radiação de micro-ondas. O bolômetro de micro-ondas é capaz de detectar um único fóton de micro-ondas – a menor quantidade de energia na natureza.

O sensor bolômetro de grafeno detecta a radiação eletromagnética medindo o aumento da temperatura à medida que os fótons são absorvidos pelo sensor. O grafeno é um material bidimensional com uma camada de um átomo de espessura. A equipe de pesquisa alcançou uma alta sensibilidade do bolômetro ao incorporar grafeno na antena de micro-ondas.

Uma inovação chave nesse avanço é medir o aumento de temperatura pela junção supercondutora de Josephson, mantendo um alto acoplamento de radiação de micro-ondas no grafeno por meio de uma antena. A eficiência do acoplamento é essencial na detecção de alta sensibilidade. Uma junção Josephson é um dispositivo mecânico quântico feito de dois eletrodos supercondutores separados por uma barreira (barreira de túnel isolante fina, metal normal, semicondutor, ferromagneto, etc.).

Além de finos, os elétrons do grafeno também estão em uma estrutura de banda muito especial, na qual as bandas de valência e condução se encontram em apenas um ponto conhecido como ponto de Dirac. A densidade de estados desaparece aí; quando os elétrons recebem a energia do fóton, o aumento da temperatura é alto enquanto o vazamento de calor é pequeno.

Com o aumento da sensibilidade dos detectores de bolômetros, esta pesquisa encontrou um novo caminho para melhorar o desempenho dos sistemas de detecção de sinais eletromagnéticos, como radar, visão noturna, LiDAR (Light Detection and Ranging) e comunicação. Também poderia permitir novas aplicações, como ciência da informação quântica, imagens térmicas e pesquisa de matéria escura.