灵敏度提高至100,000倍!新型微波辐射传感器可大大增强热成像功能

石墨烯辐射热计传感器通过测量光子被吸收到传感器中时的温度升高来检测电磁辐射。石墨烯是二维的单原子层厚的材料。研究人员通过将石墨烯掺入微波天线中来实现高辐射热测量灵敏度。

  由美国军方资助的研究团队开发了一种新型微波辐射传感器,其灵敏度是目前商业传感器的100,000倍。研究人员说,更好地检测微波辐射将改善热成像,电子战,无线电通信和雷达。

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  研究人员在同行评审的《自然》杂志上发表了他们的研究。该团队的成员包括哈佛大学,光子科学研究所,麻省理工学院,浦项科技大学和雷神BBN技术公司的科学家。陆军部分通过利用石墨烯对微波辐射的巨大热响应,来资助制造该辐射热计的工作。

  陆军固态电子学和电磁学项目经理乔秋博士说:“在该项目下开发的微波辐射热计非常灵敏,可以检测到单个微波光子,这是自然界中最小的能量。这项技术将有可能为量子感应和雷达等应用启用新功能,并确保美国陆军在可预见的未来保持光谱优势。”

  石墨烯辐射热计传感器通过测量光子被吸收到传感器中时的温度升高来检测电磁辐射。石墨烯是二维的单原子层厚的材料。研究人员通过将石墨烯掺入微波天线中来实现高辐射热测量灵敏度。

  研究人员说,这一进展的关键创新是通过超导约瑟夫森结来测量温度升高,同时保持通过天线耦合到石墨烯中的高微波辐射。由于“每个珍贵的光子都在计数”,因此耦合效率对于高灵敏度检测至关重要。

  约瑟夫逊结是一种量子机械设备,由两个由势垒(薄绝缘隧道势垒,正常金属,半导体,铁磁体等)隔开的超导电极组成。

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  除了薄之外,石墨烯中的电子还处于非常特殊的能带结构,其中价带和导带仅在一个点处相遇,这就是狄拉克点。

  雷神公司BBN Technologies的Kin Chung Fong博士说:“状态密度在那里消失,因此当电子接收光子能量时,温度升高很高,而热泄漏很小。”

  随着辐射热检测器灵敏度的提高,这项研究找到了一条新的途径来改善检测电磁信号的系统的性能,例如雷达,夜视,LIDAR(光检测和测距)和通信。它还可以启用诸如量子信息科学,热成像以及暗物质搜索等新应用。

  资料来源:美国陆军研究实验室

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