【根据nanotechweb网站8月31日报道】当耦合到超导体时，石墨烯（一片碳层厚度只有一个原子）可以检测单个光子在较宽电磁光谱范围内从高到低的能量射频。发现这项新技术的研究人员强调：“我们可以以这种方式检测太赫兹和微波光子，能够对宇宙中一些最微弱的物体进行观测，在量子信息处理中开辟条新道路。

近年来，科学家成功地研制出能够检测各种光量子的光电探测器。这种探测器可在电磁光谱的红外区域进行深空光通信，并通过光纤网络分配“量子密钥”。在太赫兹频率下，天文学家可以从宇宙红外线背景检测光子来研究星系如何形成。微波单光子检测器和光子数解析器在的未来的量子技术中有许多潜在应用，例如超导量子位的远程测试和高保真量子测量

然而，检测低频光子并不容易，现有技术主要是通过记录探测器材料吸收单个光子时温度的升高来检测。例如，过渡边缘传感器和超导纳米线单光子检测器可以记录红外光子，因为它们会破坏超导体中的库伯对，高灵敏度量热计可以通过监测吸收的光子温度的升高来检测单个光子。但随着光子能量的逐渐减少，温度变化变得不那么明显，这是目前要克服的主要技术问题。

石墨烯中的电子被加热

由马萨诸塞理工学院的Dirk Englund和雷神BBN科技的Kin Chung Fong（马萨诸塞州）开发的新设备由超导体两端接触的石墨烯片组成。其中两个超导体被弱连接（在这种情况下为石墨烯）分开的这种配置称为约瑟夫逊结。“在没有光子的情况下，超电流可以通过石墨烯，我们检测到超导触点之间没有电压差，”Englund解释说。然而，当光子被吸收时，石墨烯中的电子被加热，阻挡超导电流因此我们可以测量到电压尖峰。

对低频光更敏感

研究人员告诉，该器件相比以前的单光子检测器来说对低频光更敏感，这得益于石墨烯的独特性质。“首先，石墨烯可以吸收电磁谱中任何波长的光。其次，因为石墨烯是二维的，所以它可以很容易地集成到可以增强其光吸收的结构中。这种结构包括用于微波光子的微波腔或用于红外光子的光子晶体腔，最后，最重要的是，石墨烯具有特殊的伪相对论电子带结构，与其他材料相比，其具有非常小的电子态密度，”Englund解释说。“因为它具电子态密度很小，具有非常低的热容量，这意味着提高电子平均温度所需的能量更少。”

只要一个微波光子就能使石墨烯的温度加倍

研究人员表示，只需要一个微波光子就能使石墨烯的温度加倍（当它在低温时开始）。“这就像坐在室温下，吸收一个光子，突然就到达300℃，”Englund说。“根据我们的计算，该器件可以以每秒高达十亿次的速率和微波光子以每秒百万次的速率检测单个红外光子。”

研究人员说，新的单光子探测器可用于天文学和量子信息处理。“后者是特别有应用前景的，因为迄今为止最好的量子计算技术依赖于约瑟夫逊连接点，所以将检测器与这些系统可以很好的耦合起来”Englund补充说。

原文来自nanotechweb网站，原文题目(Graphene detects low-energy photons)，由材料科技在线团队汇总整理。