O interesse considerável em novas tecnologias de detectores de fóton único tem aumentado na última década. Hoje em dia, óptica quântica e aplicações de informação quântica são, entre outros, um dos principais precursores para o desenvolvimento acelerado de detectores de fóton único. Capaz de detectar um aumento na temperatura de um fóton absorvido individual, eles podem ser usados ​​para nos ajudar a estudar e compreender, por exemplo, formação de galáxias através do fundo infravermelho cósmico, observe o emaranhamento de qubits supercondutores ou melhore os métodos de distribuição de chaves quânticas para comunicações ultra-seguras.

Os detectores de corrente são eficientes na detecção de fótons de entrada que têm energias relativamente altas, mas sua sensibilidade diminui drasticamente para baixa frequência, fótons de baixa energia. Nos últimos anos, o grafeno tem se mostrado um fotodetector excepcionalmente eficiente para uma ampla faixa do espectro eletromagnético, habilitando novos tipos de aplicativos para este campo.

Assim, em um artigo recente publicado na revista Revisão Física Aplicada , e destacado na APS Physics, Pesquisador do ICFO e líder do grupo, Prof. Dmitri Efetov, em colaboração com pesquisadores da Universidade de Harvard, MIT, Raytheon BBN Technologies e Pohang University of Science and Technology, propuseram o uso de junções Josephson à base de grafeno (GJJs) para detectar fótons únicos em um amplo espectro eletromagnético, variando do visível até a extremidade inferior das frequências de rádio, na faixa de gigahertz.

Em seu estudo, os cientistas imaginaram uma folha de grafeno que é colocada entre duas camadas supercondutoras. A assim criada junção Josephson permite que uma supercorrente flua através do grafeno quando ele é resfriado a 25 mK. Sob estas condições, a capacidade de calor do grafeno é tão baixa, que quando um único fóton atinge a camada de grafeno, é capaz de aquecer o banho de elétrons de forma significativa, que a supercorrente se torna resistiva - em geral, dando origem a um pico de tensão facilmente detectável no dispositivo. Além disso, eles também descobriram que esse efeito ocorreria quase instantaneamente, permitindo assim a conversão ultrarrápida da luz absorvida em sinais elétricos, permitindo uma rápida reinicialização e leitura.

Os resultados do estudo confirmam que podemos esperar um rápido progresso na integração de grafeno e outros materiais 2-D com plataformas eletrônicas convencionais, como em chips CMOS, e mostra um caminho promissor para matrizes de imagens com resolução de fóton único, aplicações de processamento de informação quântica de fótons ópticos e de micro-ondas, e outras aplicações que se beneficiariam da detecção limitada por quantum de fótons de baixa energia.