Ett stort intresse för nya enfotondetektorteknologier har ökat under det senaste decenniet. Nu för tiden, kvantoptik och kvantinformationstillämpningar är, bland andra, en av huvudföregångarna för den accelererade utvecklingen av enfotondetektorer. Kan känna av en ökning av temperaturen hos en individuell absorberad foton, de kan användas för att hjälpa oss att studera och förstå, till exempel, galaxbildning genom den kosmiska infraröda bakgrunden, observera intrassling av supraledande qubits eller förbättra kvantnyckeldistributionsmetoder för ultrasäker kommunikation.

Strömdetektorer är effektiva för att detektera inkommande fotoner som har relativt hög energi, men deras känslighet minskar drastiskt för låg frekvens, lågenergifotoner. Under de senaste åren har grafen har visat sig vara en exceptionellt effektiv fotodetektor för ett brett spektrum av det elektromagnetiska spektrumet, möjliggör nya typer av applikationer för detta område.

Således, i en nyligen publicerad artikel i tidskriften Fysisk granskning tillämpas , och belyst i APS Physics, ICFO-forskare och gruppledare Prof. Dmitri Efetov, i samarbete med forskare från Harvard University, MIT, Raytheon BBN Technologies och Pohang University of Science and Technology, har föreslagit användning av grafenbaserade Josephson-korsningar (GJJ) för att detektera enstaka fotoner i ett brett elektromagnetiskt spektrum, allt från det synliga ner till det låga slutet av radiofrekvenser, i gigahertz-intervallet.

I deras studie, forskarna föreställde sig ett ark grafen som placeras mellan två supraledande lager. Den så skapade Josephson-övergången tillåter en superström att flöda över grafenet när det kyls ner till 25 mK. Under dessa omständigheter, värmekapaciteten hos grafen är så låg, att när en enda foton träffar grafenskiktet, den kan värma upp elektronbadet så avsevärt, att överströmmen blir resistiv – vilket totalt sett ger upphov till en lätt detekterbar spänningstopp över enheten. Dessutom, de fann också att denna effekt skulle inträffa nästan omedelbart, vilket möjliggör ultrasnabb omvandling av absorberat ljus till elektriska signaler, möjliggör en snabb återställning och avläsning.

Resultaten av studien bekräftar att vi kan förvänta oss snabba framsteg när det gäller att integrera grafen och andra 2D-material med konventionella elektronikplattformar, som i CMOS-chips, och visar en lovande väg mot singelfotonupplösande bildmatriser, kvantinformationsbehandlingstillämpningar av optiska fotoner och mikrovågsfotoner, och andra applikationer som skulle dra nytta av den kvantbegränsade detekteringen av lågenergifotoner.