高感度マイクロ波放射センサー
現在市販されているセンサーの10万倍の感度を持つマイクロ波放射センサーが開発されました。ボロメータは、マイクロ波放射に対するグラフェンの巨大な熱応答を利用して製造されました。マイクロ波ボロメータは、単一のマイクロ波光子を検出することができます。これは、自然界で最小のエネルギー量です。
グラフェンボロメータセンサーは、光子がセンサーに吸収されるときの温度上昇を測定することにより、電磁放射を検出します。グラフェンは、2次元、1原子層の厚さの材料です。研究チームは、マイクロ波アンテナにグラフェンを組み込むことにより、高いボロメータ感度を達成しました。
この進歩における重要な革新は、アンテナを介したグラフェンへの高マイクロ波放射結合を維持しながら、ジョセフソン接合を超伝導することによって温度上昇を測定することです。結合効率は、高感度検出に不可欠です。ジョセフソン接合は、バリア（薄い絶縁トンネルバリア、通常の金属、半導体、強磁性体など）で分離された2つの超伝導電極でできた量子力学的デバイスです。
グラフェンの電子は薄いことに加えて、価電子帯と伝導帯がディラック点と呼ばれる1つの点でのみ交わる非常に特殊なバンド構造になっています。状態密度はそこで消えます。電子が光子エネルギーを受け取ると、温度上昇が大きくなり、熱漏れは少なくなります。
ボロメータ検出器の感度が向上したことで、この研究は、レーダー、暗視、LiDAR（光検出および測距）、通信などの電磁信号を検出するシステムのパフォーマンスを向上させる新しい経路を発見しました。また、量子情報科学、熱イメージング、暗黒物質の検索などの新しいアプリケーションを可能にする可能性もあります。
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