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美国陆军创造出具有100,000倍高灵敏度的传感器–改善了热成像，电子战，通信

时间：2022-05-17 09:25:05 来源：

陆军资助的研究开发了一种石墨烯测辐射热计传感器，其灵敏度比目前的商用传感器高100,000倍。检测微波辐射是热成像，电子战，无线电通信和雷达的关键，但是检测灵敏度限制了这些系统的性能。

更好地检测微波辐射将改善热成像，电子战和无线电通信。

由军方资助的研究开发了一种新型微波辐射传感器，其灵敏度比目前的商用传感器高100,000倍。研究人员说，更好地检测微波辐射将改善热成像，电子战，无线电通信和雷达。

研究人员在同行评审的《自然》杂志上发表了他们的研究。该小组的成员包括哈佛大学，光子科学研究所，麻省理工学院，浦项科技大学和雷神BBN技术公司的科学家。陆军部分通过利用石墨烯对微波辐射的巨大热响应来资助制造该辐射热计的工作。

陆军固态电子学和电磁学项目经理乔秋博士说：“在该项目下开发的微波辐射热计非常灵敏，能够检测到单个微波光子，这是自然界中最小的能量。”研究办公室，是美国陆军作战能力发展司令部的陆军研究实验室的组成部分。“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中时的温度升高来检测电磁辐射。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该辐射热计。

石墨烯辐射热传感器通过测量光子吸收到传感器中时的温度升高来检测电磁辐射。石墨烯是二维的单原子层厚的材料。研究人员通过将石墨烯掺入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约瑟夫森结来测量温度升高，同时保持通过天线耦合到石墨烯中的高微波辐射。耦合效率对于高灵敏度检测至关重要，因为“每个珍贵的光子都在计数”。

约瑟夫森结是一种量子机械装置，由两个由势垒（薄绝缘隧道势垒，正常金属，半导体，铁磁体等）隔开的超导电极组成。

在该项目下开发的微波辐射热测量仪能够检测单个微波光子，这是自然界中最小的能量。

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

雷神公司BBN Technologies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，温度升高很高，而热泄漏很小。”

随着辐射热检测器灵敏度的提高，这项研究找到了一条新的途径来改善检测电磁信号的系统的性能，例如雷达，夜视，LIDAR（光检测和测距）和通信。它还可以启用新应用，例如量子信息科学，热成像以及暗物质搜索。

参考：Gil-Le Lee，Dmitri K. Efetov，Woochan Jung，Leonardo Ranzani，Evan D.Walsh，Thomas A.Ohki，Takashi Taniguchi，渡边健二，Philip Kim，Dirk Englund和Kin Chung的“基于石墨烯的约瑟夫森结微波辐射热计”方，2020年9月30日，自然。
10.1038 / s41586-020-2752-4

麻省理工学院进行的部分研究包括士兵纳米技术研究所的工作。美国陆军于2002年将研究所建立为跨学科研究中心，以显着改善士兵以及士兵支持平台和系统的保护，生存能力和任务能力。


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