由军方资助的研究开发了一种石墨烯传感器，其灵敏度比现有的商业传感器高10万倍。探测微波辐射是热成像、电子战、无线电通信和雷达的关键，但探测灵敏度限制了这些系统的性能。来源:雷神BBN技术公司

对微波辐射更好的探测有利于改善热成像、电子战和无线电通信。

由军方资助的研究开发了一种新的微波辐射传感器，其灵敏度比目前可用的商业传感器高10万倍。研究人员表示，对微波辐射更好的探测将使热成像、电子战、无线电通信和雷达得以改进。

研究人员在《自然》杂志上发表了他们的研究。该团队包括来自哈佛大学、光子科学研究所、麻省理工学院、浦项科技大学和BBN技术公司的科学家。军方通过利用石墨烯对微波辐射的巨大热响应，资助了制造这种传感器的部分工作。

陆军固态电子学和电磁学项目经理Joe Qiu博士说：“在该项目下开发的微波辐射热计非常灵敏，可以检测到单个微波光子，这是自然界中最小的能量。”

“这项技术将有可能为量子感测和雷达等应用启用新功能，并确保美国陆军在可预见的未来保持光谱优势。”

辐射热测量仪通过测量光子被吸收到传感器时，其温度升高多少来检测电磁辐射。研究团队通过利用石墨烯对微波辐射的巨大热响应来制造这种辐射热计。图片来源：Raytheon BBN Technologies

石墨烯是一种二维的、单原子层厚的材料。研究人员通过将石墨烯加入到微波天线中来实现高辐射热测量灵敏度。

研究人员说，这一进展的关键创新是通过超导测量温度升高，同时通过天线保持高微波辐射对石墨烯的耦合。耦合效率在高灵敏度检测中至关重要，因为“每个珍贵的光子都很重要”。

约瑟夫森结是由两个被屏障(薄绝缘隧道屏障、普通金属、半导体、铁磁体等)隔开的超导电极组成的量子机械装置。

本项目开发的微波测辐射热计能够探测到自然界中能量最小的单个微波光子。图片来源：雷神BBN技术公司

除了薄之外，石墨烯中的电子还处于非常特殊的结构中，其中价带和导带仅在一个点处相遇，这就是狄拉克（Dirac）点。

雷神BBN技术公司的Kin Chung Fong博士说：“状态密度在那里消失，因此当电子接收光子能量时，温度升高，而热泄漏很小。”

随着辐射热检测器灵敏度的提高，本研究为提高雷达、夜视、激光雷达(光探测和测距)、通信等电磁信号探测系统的性能找到了新的途径。它还可以启用诸如量子信息科学、热成像以及暗物质搜索等新应用。