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超灵敏石墨烯微波光子传感器

研发出灵敏度比现有商用传感器高10万倍的微波辐射传感器。测辐射计利用石墨烯对微波辐射的巨大热响应制造。微波测辐射计能探测单个微波光子——自然界最小能量单位。

超灵敏石墨烯微波光子传感器

石墨烯测辐射计传感器通过测量光子被吸收时温升来探测电磁辐射。石墨烯是二维单原子层材料。研究团队通过在微波天线中引入石墨烯实现高测辐射计灵敏度。

关键创新:用超导约瑟夫森结测温升,同时通过天线保持微波辐射与石墨烯的高耦合效率。耦合效率对高灵敏度探测至关重要。约瑟夫森结是量子力学器件,两超导电极由势垒隔开(薄绝缘隧道势垒、正常金属、半导体、铁磁体等)。

石墨烯除薄外,电子处于特殊能带结构:价带和导带仅在狄拉克点相遇。态密度在那里为零;电子接受光子能量时,温升大而热泄漏小。

测辐射计探测器灵敏度提升,为改进雷达、夜视、激光雷达(LiDAR)、通信等电磁信号探测系统性能开辟新径。也可赋能量子信息科学、热成像、暗物质搜寻等新应用。

传感器

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