고감도 마이크로파 방사선 센서

현재 시판되고 있는 센서보다 10만배 높은 감도를 가진 마이크로파 방사선 센서가 개발됐다. 볼로미터는 마이크로파 복사에 대한 그래핀의 거대한 열 반응을 이용하여 제작되었습니다. 마이크로파 볼로미터는 자연에서 가장 작은 에너지인 단일 마이크로파 광자를 감지할 수 있습니다.

그래핀 볼로미터 센서는 광자가 센서에 흡수될 때 온도 상승을 측정하여 전자기 복사를 감지합니다. 그래핀은 2차원, 한 원자층 두께의 물질입니다. 연구팀은 마이크로파 안테나에 그래핀을 통합해 높은 볼로미터 감도를 달성했다.

이 발전의 핵심 혁신은 안테나를 통해 그래핀에 높은 마이크로파 복사 결합을 유지하면서 Josephson 접합을 초전도하여 온도 상승을 측정하는 것입니다. 커플링 효율은 고감도 검출에 필수적입니다. Josephson 접합은 장벽(얇은 절연 터널 장벽, 일반 금속, 반도체, 강자성체 등)으로 분리된 두 개의 초전도 전극으로 구성된 양자 역학 장치입니다.

얇을 뿐만 아니라 그래핀의 전자는 가전자대와 전도대가 Dirac 점으로 알려진 한 지점에서만 만나는 매우 특별한 대역 구조에 있습니다. 상태의 밀도는 거기에서 사라집니다. 전자가 광자 에너지를 받으면 온도 상승이 높고 열 누출이 적습니다.

볼로미터 감지기의 감도가 증가함에 따라 이 연구는 레이더, 야간 투시경, LiDAR(Light Detection and Ranging) 및 통신과 같은 전자기 신호를 감지하는 시스템의 성능을 향상시키는 새로운 경로를 찾았습니다. 또한 양자 정보 과학, 열화상 및 암흑 물질 검색과 같은 새로운 응용 프로그램을 사용할 수 있습니다.