超高感度グラフェンマイクロ波光子センサーを開発
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。このボロメーターは、グラフェンのマイクロ波放射に対する巨大な熱応答を利用して作製されました。マイクロ波ボロメーターは、自然界で最小のエネルギー単位である単一マイクロ波光子を検出可能です。
グラフェンボロメーターセンサーは、光子がセンサーに吸収される際の温度上昇を測定することで電磁放射を検出します。グラフェンは二次元の単原子層厚の材料です。研究チームはグラフェンをマイクロ波アンテナに組み込むことで、高いボロメーター感度を達成しました。
この進歩の鍵となる革新は、超伝導ジョセフソン接合で温度上昇を測定しながら、アンテナを通じてグラフェンへの高いマイクロ波放射結合効率を維持することです。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、障壁（薄い絶縁トンネル障壁、常磁性金属、半導体、強磁性体など）で隔てられた2つの超伝導電極からなる量子力学デバイスです。
薄いだけでなく、グラフェン中の電子はディラックポイントと呼ばれるただ1点で価電子帯と伝導帯が接する非常に特殊なバンド構造にあります。そこでは状態密度が消失し、電子が光子エネルギーを受け取ると温度上昇が大きく、熱漏れが小さいのです。
ボロメーター検出器の感度向上により、この研究はレーダー、ナイトビジョン、ライダー（光検出と測距）、通信などの電磁信号検出システムの性能向上への新たな道を開きました。また、量子情報科学、熱撮像、ダークマター探索などの新しい応用も可能にするかもしれません。
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