Enkelte foton -detektorer i grafen

Betydelig interesse for nye single-foton detektorteknologier har været stigende i det sidste årti. I dag, kvanteoptik og kvanteinformationsapplikationer er, blandt andre, en af ​​de vigtigste forstadier til den hurtigere udvikling af enkeltfotondetektorer. I stand til at mærke en stigning i temperaturen af ​​en individuelt absorberet foton, de kan bruges til at hjælpe os med at studere og forstå, for eksempel, galaksedannelse gennem den kosmiske infrarøde baggrund, observere sammenfiltring af superledende qubits eller forbedre kvantnøglefordelingsmetoder til ultrasikker kommunikation.

Nuværende detektorer er effektive til at detektere indgående fotoner, der har relativt høje energier, men deres følsomhed falder drastisk ved lav frekvens, lavenergifotoner. I de seneste år, grafen har vist sig at være en usædvanlig effektiv fotodetektor for en lang række af det elektromagnetiske spektrum, muliggøre nye typer applikationer til dette felt.

Dermed, i et nyligt papir, der blev offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgang anvendt , og fremhævet i APS Physics, ICFO -forsker og gruppeleder prof. Dmitri Efetov, i samarbejde med forskere fra Harvard University, MIT, Raytheon BBN Technologies og Pohang University of Science and Technology, har foreslået brug af grafenbaserede Josephson-krydser (GJJ'er) til at detektere enkelte fotoner i et bredt elektromagnetisk spektrum, lige fra det synlige ned til den lave ende af radiofrekvenser, i gigahertz -området.

I deres undersøgelse, forskerne forestillede sig et ark grafen, der er placeret mellem to superledende lag. Det således skabte Josephson -kryds giver mulighed for, at en superstrøm flyder hen over grafen, når det afkøles til 25 mK. Under disse betingelser, varmekapaciteten af ​​grafen er så lav, at når en enkelt foton rammer grafenlaget, det er i stand til at opvarme elektronbadet så markant, at superstrømmen bliver resistiv - generelt giver anledning til en let påviselig spændingspike på tværs af enheden. Ud over, de fandt også ud af, at denne effekt ville forekomme næsten øjeblikkeligt, hvilket muliggør ultrahurtig omdannelse af absorberet lys til elektriske signaler, muliggør en hurtig nulstilling og aflæsning.

Resultaterne af undersøgelsen bekræfter, at vi kan forvente en hurtig fremgang i integrationen af ​​grafen og andre 2-D-materialer med konventionelle elektronikplatforme, såsom i CMOS-chips, og viser en lovende vej mod enkelt-fotonopløsende billeddannelsesarrays, kvanteinformationsbehandling af optiske og mikrobølgefotoner, og andre applikationer, der ville drage fordel af den kvantebegrænsede påvisning af lavenergifotoner.