Sensor Mikrofon Grafen Ultra-Sensitif

Sensor radiasi mikrogelombang dengan sensitivitas 100.000 kali lebih tinggi daripada sensor komersial yang saat ini tersedia telah dikembangkan. Bolometer ini diproduksi dengan memanfaatkan respons termal raksasa dari grafena terhadap radiasi mikrogelombang. Bolometer mikrogelombang mampu mendeteksi satu foton mikrogelombang — jumlah energi terkecil dalam alam.

Sensor bolometer grafena mendeteksi radiasi elektromagnetik dengan mengukur kenaikan suhu saat foton diserap ke dalam sensor. Grafena adalah materi dua dimensi, satu lapisan atom tebal. Tim penelitian mencapai sensitivitas bolometer yang tinggi dengan mengintegrasikan grafena dalam antena mikrogelombang.

Inovasi kunci dalam kemajuan ini adalah mengukur kenaikan suhu dengan simpulan Josephson superkonduktor sambil mempertahankan coupling radiasi mikrogelombang yang tinggi ke dalam grafena melalui antena. Efisiensi coupling esensial dalam deteksi sensitivitas tinggi. Simpulan Josephson adalah perangkat mekanika kuantum yang terdiri dari dua elektroda superkonduktor yang dipisahkan oleh rintangan (rintang isolasi tipis, logam normal, semikonduktor, feromagnet, dll.).

Selain tipis, elektron dalam grafena juga berada dalam struktur band yang sangat khusus di mana band valensi dan konduksi bertemu pada satu titik yang dikenal sebagai titik Dirac. Keadaan padat menghilang di sana; ketika elektron menerima energi foton, kenaikan suhu tinggi sementara kebocoran panas kecil.

Dengan sensitivitas bolometer yang meningkat, penelitian ini telah menemukan jalur baru untuk meningkatkan performa sistem yang mendeteksi sinyal elektromagnetik seperti radar, penglihatan malam, LiDAR (Light Detection and Ranging), dan komunikasi. Ini juga dapat memungkinkan aplikasi baru seperti ilmu informasi kuantum, citra termal, dan pencarian materi gelap.