Capteur de rayonnement micro-ondes haute sensibilité

Un capteur de rayonnement micro-ondes avec une sensibilité 100 000 fois plus élevée que les capteurs commerciaux actuellement disponibles a été développé. Le bolomètre a été fabriqué en exploitant la réponse thermique géante du graphène au rayonnement micro-onde. Le bolomètre hyperfréquence est capable de détecter un seul photon hyperfréquence, la plus petite quantité d'énergie dans la nature.

Le capteur bolomètre graphène détecte le rayonnement électromagnétique en mesurant l'augmentation de température lorsque les photons sont absorbés par le capteur. Le graphène est un matériau bidimensionnel d'une épaisseur de couche d'un atome. L'équipe de recherche a atteint une sensibilité bolométrique élevée en incorporant du graphène dans l'antenne micro-onde.

Une innovation clé dans cette avancée est de mesurer l'élévation de température par la jonction Josephson supraconductrice tout en maintenant un couplage de rayonnement micro-ondes élevé dans le graphène via une antenne. L'efficacité du couplage est essentielle dans la détection à haute sensibilité. Une jonction Josephson est un dispositif de mécanique quantique constitué de deux électrodes supraconductrices séparées par une barrière (barrière tunnel isolante mince, métal normal, semi-conducteur, ferromagnétique, etc.).

En plus d'être minces, les électrons du graphène se trouvent également dans une structure de bande très spéciale dans laquelle les bandes de valence et de conduction se rencontrent en un seul point appelé point de Dirac. La densité des États s'y évanouit; lorsque les électrons reçoivent l'énergie des photons, l'élévation de température est élevée tandis que la fuite de chaleur est faible.

Avec une sensibilité accrue des détecteurs bolomètres, cette recherche a trouvé une nouvelle voie pour améliorer les performances des systèmes détectant les signaux électromagnétiques tels que le radar, la vision nocturne, le LiDAR (Light Detection and Ranging) et la communication. Cela pourrait également permettre de nouvelles applications telles que la science de l'information quantique, l'imagerie thermique et la recherche de matière noire.