Sensor de Fóton de Micro-ondas de Grafeno Ultra-Sensível

Um sensor de radiação de micro-ondas com sensibilidade 100.000 vezes maior que sensores comerciais atualmente disponíveis foi desenvolvido. O bolômetro foi fabricado explorando a resposta térmica gigante 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 radiação eletromagnética medindo o aumento de temperatura à medida que os fótons são absorvidos no sensor. O grafeno é um material bidimensional, com espessura de uma camada atômica. A equipe de pesquisa alcançou alta sensibilidade do bolômetro incorporando grafeno na antena de micro-ondas.

Uma inovação chave neste avanço é medir o aumento de temperatura por junção supercondutora de Josephson enquanto mantém um alto acoplamento de radiação de micro-ondas no grafeno através de uma antena. A eficiência de acoplamento é essencial na detecção de alta sensibilidade. Uma junção de 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 ser fino, os elétrons no 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 se anula lá; quando os elétrons recebem a energia do fóton, o aumento de temperatura é alto enquanto o vazamento de calor é pequeno.

Com o aumento da sensibilidade dos detectores bolômetros, esta pesquisa encontrou um novo caminho para melhorar o desempenho de sistemas que detectam sinais eletromagnéticos como radar, visão noturna, LiDAR (Detecção e Alcance por Luz) e comunicação. Também pode permitir novas aplicações como ciência da informação quântica, imagem térmica e busca de matéria escura.