研究人员开发了基于石墨烯的测辐射热计，它快速，简单并覆盖更多波长

麻省理工学院，雷神BBN技术公司和哥伦比亚大学的一组研究人员使用石墨烯设计了一种快速但高灵敏度的测辐射热计，可在室温下工作，甚至可能更便宜。测辐射热计是通过加热吸收材料来监测电磁辐射的装置。大多数此类设备的带宽有限，必须在超低温下运行，这会损害其有用性。

多学科研究小组表示，这项工作的结果可能有助于为新型长波发射天文观测站，建筑物的新型热传感器，甚至新型量子传感和信息处理设备铺平道路。

“我们相信，我们的工作为基于低维材料的新型高效测辐射热计打开了大门，”该论文的资深作者说。他说，基于一小块石墨烯中电子加热的新系统首次将高灵敏度和高带宽（比传统测辐射热计的数量级更高）结合在一个器件中。

西班牙巴塞罗那光子科学研究所的ICF教授埃菲托夫说：“这种新设备非常敏感，同时也是超快的，”有可能在几皮秒（万亿分之一秒）内读取数据。 ，谁是论文的主要作者。“这种属性的组合是独一无二的，”他说。他说，新系统也可以在任何温度下运行，不像现有的设备需要冷却到极低的温度。尽管该装置的大多数实际应用仍将在这些超冷条件下完成，但对于某些应用，例如用于建筑效率的热传感器，在没有专门冷却系统的情况下操作的能力可能是真正的优势。“这是第一种没有温度限制的设备，”该团队表示。

他们制造的新测辐射热计在实验室条件下进行了演示，可以测量入射电磁辐射光子所携带的总能量，无论该辐射是以可见光，无线电波，微波还是光谱的其他部分形式。这种辐射可能来自遥远的星系，也可能来自一个绝缘不良的房屋散发的红外热浪。

该装置完全不同于传统的测辐射热计，传统的测辐射热计通常使用金属来吸收辐射并测量产生的温升。相反，该团队开发了一种新型测辐射热计，它依靠加热电子在一小块石墨烯中移动，而不是加热固体金属。石墨烯耦合到称为光子纳米腔的装置，其用于放大辐射的吸收。

“大多数测辐射热计都依赖于一块材料中原子的振动，这往往会使它们的响应变慢，”该团队说。然而，在这种情况下，“与传统的辐射热测量计不同，这里的加热体只是电子气体，它具有非常低的热容量，这意味着即使由于吸收的光子引起的小能量输入也会导致大的温度变化，”更容易精确测量该能量。虽然先前已经证实了石墨烯辐射热测量计，但这项工作解决了一些重要的突出挑战，包括使用纳米腔体有效吸收到石墨烯中，以及阻抗匹配的温度读数。

对于天文观测，新系统可以通过填充尚未具有实际探测器的一些剩余波段来进行观测，例如现有系统难以获取的频率的“太赫兹间隙”。该团队表示，“在那里，我们的探测器可以是一个最先进的系统”，用于观察这些难以捉摸的射线。它可用于观察非常长波长的宇宙背景辐射。

耶鲁大学应用物理学教授丹尼尔普罗伯没有参与这项研究，他说：“这项工作是利用超薄金属层石墨烯的许多好处的一个非常好的项目，同时巧妙地解决了“他补充说，”由此产生的探测器对频谱中具有挑战性的区域的功率检测非常敏感，现在已经准备好用于一些激动人心的应用。“

格拉斯哥大学光子学教授罗伯特·哈德菲尔德（Robert Hadfield）也没有参与这项工作，他表示，“对新的高灵敏度红外探测技术有着巨大的需求。Efetov和同事们的这项工作报告了一个集成在光子晶体腔中的创新石墨烯辐射热测量计，以实现高吸收，这是及时和令人兴奋的。“

2017年2月，来自剑桥大学（英国），Emberion（英国），光子科学研究所（ICFO;西班牙），诺基亚英国和约阿尼纳大学（希腊）的石墨烯旗舰研究人员开发了一部小说基于石墨烯的热释电辐射热计。
2018年2月，查尔姆斯理工大学和北京工业大学的研究人员利用石墨烯的热电特性制造了辐射热测量计。