Sensor Radiasi Gelombang Mikro Sensitivitas Tinggi

Sebuah sensor radiasi gelombang mikro dengan sensitivitas 100.000 kali lebih tinggi daripada sensor komersial yang tersedia saat ini telah dikembangkan. Bolometer dibuat dengan memanfaatkan respons termal raksasa graphene terhadap radiasi gelombang mikro. Bolometer gelombang mikro mampu mendeteksi satu foton gelombang mikro — jumlah energi terkecil di alam.

Sensor bolometer graphene mendeteksi radiasi elektromagnetik dengan mengukur kenaikan suhu saat foton diserap ke dalam sensor. Grafena adalah material setebal satu lapisan atom dua dimensi. Tim peneliti mencapai sensitivitas bolometer yang tinggi dengan memasukkan graphene ke dalam antena gelombang mikro.

Inovasi kunci dalam kemajuan ini adalah untuk mengukur kenaikan suhu dengan superkonduktor persimpangan Josephson sambil mempertahankan sambungan radiasi gelombang mikro yang tinggi ke dalam graphene melalui antena. Efisiensi kopling sangat penting dalam deteksi sensitivitas tinggi. Persimpangan Josephson adalah perangkat mekanika kuantum yang terbuat dari dua elektroda superkonduktor yang dipisahkan oleh penghalang (penghalang terowongan isolasi tipis, logam normal, semikonduktor, feromagnet, dll.).

Selain tipis, elektron pada graphene juga berada pada struktur pita yang sangat khusus dimana pita valensi dan konduksi hanya bertemu pada satu titik yang dikenal sebagai titik Dirac. Kepadatan negara lenyap di sana; ketika elektron menerima energi foton, kenaikan suhu tinggi sementara kebocoran panas kecil.

Dengan meningkatnya sensitivitas detektor bolometer, penelitian ini telah menemukan jalur baru untuk meningkatkan kinerja sistem pendeteksi sinyal elektromagnetik seperti radar, night vision, LiDAR (Light Detection and Ranging), dan komunikasi. Ini juga dapat mengaktifkan aplikasi baru seperti ilmu informasi kuantum, pencitraan termal, dan pencarian materi gelap.