Датчик с повышенной чувствительностью в 100000 раз может улучшить тепловизионное изображение

В ходе исследований, финансируемых армией, был разработан новый датчик микроволнового излучения, чувствительность которого в 100 000 раз выше, чем у имеющихся в настоящее время коммерческих датчиков. Исследователи заявили, что лучшее обнаружение микроволнового излучения позволит улучшить тепловизионное изображение, радиоэлектронную борьбу, радиосвязь и радар, по информации сайта mzhost.ru.

Исследователи опубликовали свое исследование в рецензируемом журнале Nature . В команду входят ученые из Гарвардского университета, Института фотонных наук, Массачусетского технологического института, Университета науки и технологий Пхохана и Raytheon BBN Technologies. Армия частично профинансировала работу по изготовлению этого болометра, используя гигантский тепловой отклик графена на микроволновое излучение.

«Микроволновый болометр, разработанный в рамках этого проекта, настолько чувствителен, что способен обнаруживать одиночный микроволновый фотон, что является наименьшим количеством энергии в природе», - сказал д-р Джо Цю, руководитель программы твердотельной электроники и электромагнетизма, Army Исследовательский офис, часть исследовательской лаборатории Командования по развитию боевых возможностей армии США. «Эта технология потенциально откроет новые возможности для таких приложений, как квантовое зондирование и радар, и обеспечит сохранение армии США спектрального доминирования в обозримом будущем».

Сенсор графенового болометра обнаруживает электромагнитное излучение, измеряя повышение температуры, когда фотоны поглощаются сенсором. Графен - это двухмерный материал толщиной в один атом. Исследователи достигли высокой чувствительности болометра за счет включения графена в микроволновую антенну.

По словам исследователей, ключевым нововведением в этом достижении является измерение повышения температуры за счет сверхпроводящего перехода Джозефсона при сохранении высокого уровня связи микроволнового излучения с графеном через антенну. Эффективность связи важна для высокочувствительного обнаружения, потому что «на счету каждый драгоценный фотон».

Джозефсоновский переход - это квантово-механическое устройство, состоящее из двух сверхпроводящих электродов, разделенных барьером (тонкий изолирующий туннельный барьер, нормальный металл, полупроводник, ферромагнетик и т. Д.)

Электроны в графене не только тонкие, но и находятся в особой зонной структуре, в которой валентная зона и зона проводимости встречаются только в одной точке, известной как точка Дирака.

«Плотность состояний здесь исчезает, так что, когда электроны получают энергию фотона, температура повышается, а утечка тепла небольшая, - сказал доктор Кин Чунг Фонг, Raytheon BBN Technologies.

Благодаря повышенной чувствительности детекторов болометра, это исследование обнаружило новый путь для улучшения характеристик систем, обнаруживающих электромагнитный сигнал, таких как радар, ночное видение, LIDAR (обнаружение света и дальность) и связь. Это также может открыть новые приложения, такие как квантовая информатика, тепловидение, а также поиск темной материи.

Часть исследований, проведенных в MIT, включала работы Института солдатских нанотехнологий. Армия США создала институт в 2002 году как междисциплинарный исследовательский центр для значительного улучшения защиты, живучести и функциональных возможностей солдат и платформ и систем поддержки солдат.