Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học uy tín Nature. Nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà khoa học đến từ Đại học Harvard, Viện Khoa học Quang tử, Đại học Công nghệ Massachusetts, Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang và Raytheon BBN Technologies (một công ty nghiên cứu và phát triển của Mỹ).

Được tài trợ bởi Quân đội Mỹ, nghiên cứu này khởi đầu bằng nhiệm vụ chế tạo một loại thiết bị đo bức xạ vi sóng dựa trên phản ứng nhiệt của graphene với tia bức xạ. Thiết bị được phát triển trong dự án nhạy đến mức có khả năng phát hiện một photon vi sóng duy nhất, đây là lượng năng lượng nhỏ nhất trong tự nhiên. Công nghệ này có thể sẽ nâng tầm các ứng dụng như cảm biến lượng tử và radar.

Cảm biến làm từ graphene phát hiện bức xạ điện từ bằng cách đo sự gia tăng nhiệt độ khi các photon được nó hấp thụ. Graphene trong cảm biến có độ dày chỉ tương đương với một lớp nguyên tử. Điểm đột phá trong nghiên cứu mới này là việc ứng dụng hiệu ứng Josephson (hiệu ứng siêu dẫn, xảy ra khi xuất hiện dòng điện chảy vô thời hạn mà không cần có bất kỳ điện áp nào).  Theo đó, các nhà khoa học đo sự gia tăng nhiệt độ bằng đường giao nhau siêu dẫn Josephson trong khi duy trì sự ghép nối bức xạ vi sóng vào graphene thông qua một ăng-ten. Chính điều này cho phép phát hiện từng photon nhỏ.

Ngoài việc sử dụng các tấm graphene cực mỏng, các electron của nó còn có cấu trúc vùng rất đặc biệt, trong đó vùng hóa trị và vùng dẫn chỉ gặp nhau tại một điểm, được gọi là điểm Dirac. Khi các electron nhận năng lượng photon, nhiệt độ tăng cao trong khi sự mất mát nhiệt gần như không đáng kể.

Với việc tăng độ nhạy của máy dò, nghiên cứu đã tìm ra một con đường mới để cải thiện hiệu suất của các hệ thống phát hiện tín hiệu điện từ như radar, thiết bị nhìn đêm, LIDAR (Light Detection and Ranging) và thông tin liên lạc. Nó cũng có thể được ứng dụng cho các lĩnh vực như khoa học thông tin lượng tử, ảnh nhiệt và tìm kiếm vật chất tối. Chi tiết tham khảo tại:

Gil-Ho Lee, Dmitri K. Efetov, Woochan Jung, Leonardo Ranzani, Evan D. Walsh, Thomas A. Ohki, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Philip Kim, Dirk Englund, Kin Chung Fong. Graphene-based Josephson junction microwave bolometer. Nature, 2020; 586 (7827): 42 DOI: 10.1038/s41586-020-2752-4

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: contact@imc.org.vn   Website: http://imc.org.vn