高于商用靈敏度100000倍！美科學(xué)家研發(fā)新型微波輻射傳感器

由美國軍方資助的研究團(tuán)隊開發(fā)了一種新型微波輻射傳感器，其靈敏度是目前商業(yè)傳感器的100,000倍。研究人員說，更好地檢測微波輻射將改善熱成像，電子戰(zhàn)，無線電通信和雷達(dá)。

研究人員在同行評審的《自然》雜志上發(fā)表了他們的研究。該團(tuán)隊的成員包括哈佛大學(xué)，光子科學(xué)研究所，麻省理工學(xué)院，浦項(xiàng)科技大學(xué)和雷神BBN技術(shù)公司的科學(xué)家。陸軍部分通過利用石墨烯對微波輻射的巨大熱響應(yīng)，來資助制造該輻射熱計的工作。

陸軍固態(tài)電子學(xué)和電磁學(xué)項(xiàng)目經(jīng)理喬秋博士說：“在該項(xiàng)目下開發(fā)的微波輻射熱計非常靈敏，可以檢測到單個微波光子，這是自然界中最小的能量。這項(xiàng)技術(shù)將有可能為量子感應(yīng)和雷達(dá)等應(yīng)用啟用新功能，并確保美國陸軍在可預(yù)見的未來保持光譜優(yōu)勢?！?/p>

石墨烯輻射熱計傳感器通過測量光子被吸收到傳感器中時的溫度升高來檢測電磁輻射。石墨烯是二維的單原子層厚的材料。研究人員通過將石墨烯摻入微波天線中來實(shí)現(xiàn)高輻射熱測量靈敏度。

研究人員說，這一進(jìn)展的關(guān)鍵創(chuàng)新是通過超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)來測量溫度升高，同時保持通過天線耦合到石墨烯中的高微波輻射。由于“每個珍貴的光子都在計數(shù)”，因此耦合效率對于高靈敏度檢測至關(guān)重要。

約瑟夫遜結(jié)是一種量子機(jī)械設(shè)備，由兩個由勢壘(薄絕緣隧道勢壘，正常金屬，半導(dǎo)體，鐵磁體等)隔開的超導(dǎo)電極組成。

除了薄之外，石墨烯中的電子還處于非常特殊的能帶結(jié)構(gòu)，其中價帶和導(dǎo)帶僅在一個點(diǎn)處相遇，這就是狄拉克點(diǎn)。

雷神公司BBN Technologies的Kin Chung Fong博士說：“狀態(tài)密度在那里消失，因此當(dāng)電子接收光子能量時，溫度升高很高，而熱泄漏很小。”

隨著輻射熱檢測器靈敏度的提高，這項(xiàng)研究找到了一條新的途徑來改善檢測電磁信號的系統(tǒng)的性能，例如雷達(dá)，夜視，LIDAR(光檢測和測距)和通信。它還可以啟用諸如量子信息科學(xué)，熱成像以及暗物質(zhì)搜索等新應(yīng)用。