美陸軍與高校聯(lián)合研發(fā)靈敏度高100000倍的熱成像傳感器

由美國陸軍資助的研究開發(fā)了一種新的傳感器，其能夠以比目前的商用傳感器高100,000倍的靈敏度檢測微波輻射，為新型通信和武器技術(shù)鋪平了道路。

該傳感器由哈佛大學(xué)，光子科學(xué)研究所，麻省理工學(xué)院，浦項(xiàng)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和雷神BBN Technologies公司的科學(xué)家共同開發(fā)，可用于顯著改善熱成像，并為電子戰(zhàn)和無線電通訊等發(fā)明創(chuàng)造基礎(chǔ)。

陸軍研究辦公室固態(tài)電子學(xué)和電磁學(xué)項(xiàng)目經(jīng)理Joe Qiu說，研究人員開發(fā)了一種微波輻射熱測量計(jì)，其靈敏度足以檢測單個微波光子，這是自然界中存在的最小能量。該傳感器利用了多功能2D材料石墨烯對微波輻射的顯著熱響應(yīng)。

Qiu在一份新聞聲明中指出，陸軍對這項(xiàng)工作的興趣是“在可預(yù)見的未來保持光譜優(yōu)勢”，因?yàn)閭鞲衅鳌皩撛诘貫榱孔觽鞲泻屠走_(dá)等應(yīng)用啟用新功能。”

關(guān)鍵方面：

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的傳感器通過測量傳感器吸收光子時的溫度升高來檢測電磁輻射。研究人員說，微波天線中使用的石墨烯可以實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的高靈敏度。

除了薄之外，石墨烯中的電子還處于一種特殊的能帶結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，價帶和導(dǎo)帶僅在一個點(diǎn)上相遇，這就是狄拉克點(diǎn)。

雷神BBN Technologies的研究員Kin Chunf Fong解釋說，此時，國家密度消失了。這意味著，當(dāng)電子接收光子能量時，溫度升高較高，而熱泄漏較小。

對這項(xiàng)工作也很重要的是所謂的約瑟夫森結(jié)，這是一種量子機(jī)械裝置，由兩個超導(dǎo)電極組成，并由勢壘分隔，該勢壘可以是薄絕緣隧道勢壘，普通金屬，半導(dǎo)體，鐵磁體等。

研究人員使用該結(jié)的超導(dǎo)形式來測量溫度升高，同時保持高微波輻射通過傳感器天線耦合到石墨烯中。邱說，這種機(jī)制中的耦合效率對于實(shí)現(xiàn)傳感器的高靈敏度至關(guān)重要，因?yàn)椤懊總€珍貴的光子都在計(jì)數(shù)?！?/p>

輻射熱檢測器靈敏度的提高可以改善陸軍賴以作戰(zhàn)的某些技術(shù)，包括雷達(dá)，夜視，LIDAR(光檢測與測距)和通信等系統(tǒng)?？梢岳昧孔有畔⒖茖W(xué)，熱成像和暗物質(zhì)搜索功能的新應(yīng)用程序。