Графен помог поймать отдельные фотоны

Использование графена в детекторе фотонов позволило значительно поднять его чувствительность и зарегистрировать приход отдельных фотонов даже в радиодиапазоне. Работа опубликована в журнале Physical Review Applied.

Квантовые приложения, основанные на использовании квантов света — фотонов, требуют создания предельно чувствительных детекторов света, способных регистрировать приход каждого отдельного фотона. Обычно для этого используют детекторы, которые измеряют увеличение температуры при поглощении фотонов. Однако такие детекторы не могут регистрировать кванты низкочастотных электромагнитных волн, поскольку их энергия слишком мала.

В свежей работе продемонстрирован однофотонный детектор, основанный на принципиально новой схеме. Его чувствительность оказалось достаточной, чтобы зарегистрировать приход фотонов гигагерцовых радиоволн. Общая полоса рабочих частот при этом составила более 4 октав — вплоть до оптического диапазона.

Детектор представляет собой лист графена, помещённый между двумя сверхпроводниками. При этом образуется так называемый джозефсоновский переход. При отсутствии света через этот переход течёт сверхпроводящий ток. Однако при попадании на графен фотона, происходит его нагрев, который приводит к запиранию перехода и исчезновению сверхпроводящего тока.

Таким образом, фотон регистрируется по уменьшению величины тока в детекторе.

Работа детектора основана на уникальных свойствах графена. Он обладает пренебрежимо малой теплоёмкостью, из-за чего даже один фотон может значительно увеличить его температуру. Но при этом графен хорошо проводит тепло, поэтому этот нагрев быстро диссипирует, и переход возвращается в обычное состояние.

Согласно оценкам, детектор способен регистрировать до миллиарда отдельных инфракрасных фотонов в секунду. Для микроволнового диапазона этот показатель равен миллиону фотонов в секунду.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/physh/grafen-pomog-poimat-otdelnye-fotony-599feee9a867316639efa9c9?utm_referrer=https%3A%2F%2Fzen.yandex.com25.08.2017