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“10万倍高灵敏度”传感器的陆军经费研究

2020年10月16日通过路加福音詹姆斯

陆军研究人员开发了一种新的微波辐射传感器,据说灵敏度比目前可用的商业传感器高10万倍。

陆军研究人员开发了一种新的微波辐射传感器灵敏度比目前可用的商业传感器高10万倍

新的微波辐射传感器,也就是一种微波辐射热计,声称能在热成像、无线电通信和电子战方面带来“重大改进”在杂志上发表了他们的研究成果自然

“在这个项目下开发的微波辐射热计非常敏感,它可以探测到一个微波光子,这是自然界中最小的能量,”陆军研究办公室的邱博士说。

测辐射热计

一个测辐射热计是一种通过加热材料来测量电磁辐射功率的装置,材料表现出温度-电阻关系。迄今为止,它们是用于红外辐射探测的最灵敏的探测器之一,是高级热成像、夜视和红外技术等应用中不可或缺的工具。

测辐射热计背后的概念示意图

测辐射热计背后的概念示意图。图片由伯克利大学

虽然热辐射计已被证明是红外辐射范围的优秀传感器,但它们的灵敏度不高,响应速度不快,在某些设备中,容易吸收光。

许多研究试图通过减小探测器的尺寸从而增加热响应来获得灵敏度更高的辐射热计。在此过程中,先前的研究发现石墨烯似乎是一种极好的材料。

石墨烯辐射热计传感器

邱解释说,在这项研究中,这是石墨烯辐射热计研究的最新成果,美国陆军团队提出了一种石墨烯微波辐射热计,它非常灵敏,可以探测到一个微波光子,这是自然界中能量最小的光子。

石墨烯微波辐射热计

陆军研究人员在这个项目下开发的石墨烯微波辐射热计。它能探测到一个微波光子,这是自然界中能量最小的光子。图片使用的礼貌美国陆军作战能力发展司令部陆军研究办公室

它通过测量光子被传感器吸收时的温度上升来检测电磁辐射。本研究的一个关键创新是通过超导约瑟夫森结(一种由两个分离超导电极制成的量子力学装置)测量温度的上升,同时通过天线保持高微波辐射耦合到石墨烯上。

在高灵敏度探测中,耦合效率是非常重要的,因为每个光子都是重要的。

特殊的能带结构

除了很薄之外,石墨烯的电子处于一种特殊的带结构中,价带和导带在一个单一的狄拉克点相遇。“态密度在那里消失,所以当电子接受光子能量时,温度上升很高,而热量泄漏很小,”方建忠博士说。

更高灵敏度的测辐射热计探测器可以看到新的途径正在探索,以提高探测电磁信号系统的性能。beplay体育下载不了邱总结说:“这项技术将有可能使量子传感和雷达等应用的新能力成为可能,并确保美国陆军在可预见的未来保持光谱优势。”