Sensor de radiación de microondas de alta sensibilidad

Se ha desarrollado un sensor de radiación de microondas con una sensibilidad 100.000 veces mayor que los sensores comerciales disponibles en la actualidad. El bolómetro se fabricó aprovechando la gigantesca respuesta térmica del grafeno a la radiación de microondas. El bolómetro de microondas es capaz de detectar un solo fotón de microondas, la cantidad más pequeña de energía en la naturaleza.

El sensor del bolómetro de grafeno detecta la radiación electromagnética midiendo el aumento de temperatura a medida que los fotones son absorbidos por el sensor. El grafeno es un material bidimensional de un átomo de espesor. El equipo de investigación logró una alta sensibilidad del bolómetro al incorporar grafeno en la antena de microondas.

Una innovación clave en este avance es medir el aumento de temperatura mediante la unión superconductora de Josephson mientras se mantiene un alto acoplamiento de radiación de microondas en el grafeno a través de una antena. La eficiencia de acoplamiento es esencial en la detección de alta sensibilidad. Una unión de Josephson es un dispositivo mecánico cuántico hecho de dos electrodos superconductores separados por una barrera (barrera de túnel aislante delgada, metal normal, semiconductor, ferromagnético, etc.).

Además de ser delgados, los electrones en el grafeno también están en una estructura de banda muy especial en la que las bandas de valencia y conducción se encuentran en un solo punto conocido como punto de Dirac. La densidad de estados se desvanece allí; cuando los electrones reciben la energía del fotón, el aumento de temperatura es alto mientras que la fuga de calor es pequeña.

Con una mayor sensibilidad de los detectores de bolómetros, esta investigación ha encontrado una nueva vía para mejorar el rendimiento de los sistemas que detectan señales electromagnéticas como radar, visión nocturna, LiDAR (detección de luz y alcance) y comunicación. También podría permitir nuevas aplicaciones, como la ciencia de la información cuántica, las imágenes térmicas y la búsqueda de materia oscura.