Un notevole interesse per le nuove tecnologie di rivelatori a fotone singolo è andato crescendo negli ultimi dieci anni. Oggi, l'ottica quantistica e le applicazioni dell'informazione quantistica sono, tra gli altri, uno dei principali precursori per lo sviluppo accelerato di rivelatori a singolo fotone. Capace di rilevare un aumento della temperatura di un singolo fotone assorbito, possono essere usati per aiutarci a studiare e capire, Per esempio, formazione di galassie attraverso lo sfondo infrarosso cosmico, osservare l'entanglement di qubit superconduttori o migliorare i metodi di distribuzione delle chiavi quantistiche per comunicazioni ultra sicure.

I rilevatori di corrente sono efficienti nel rilevare i fotoni in arrivo che hanno energie relativamente elevate, ma la loro sensibilità diminuisce drasticamente per le basse frequenze, fotoni a bassa energia. Negli ultimi anni, il grafene ha dimostrato di essere un fotorilevatore eccezionalmente efficiente per un'ampia gamma dello spettro elettromagnetico, consentendo nuovi tipi di applicazioni per questo campo.

Così, in un recente articolo pubblicato sulla rivista Revisione fisica applicata , ed evidenziato in APS Physics, Ricercatore ICFO e capogruppo Prof. Dmitri Efetov, in collaborazione con ricercatori dell'Università di Harvard, MIT, Raytheon BBN Technologies e Pohang University of Science and Technology, hanno proposto l'uso di giunzioni Josephson a base di grafene (GJJ) per rilevare singoli fotoni in un ampio spettro elettromagnetico, che vanno dal visibile fino alla fascia bassa delle frequenze radio, nella gamma dei gigahertz.

Nel loro studio, gli scienziati hanno immaginato un foglio di grafene posizionato tra due strati superconduttori. La giunzione Josephson così creata consente a una supercorrente di fluire attraverso il grafene quando viene raffreddato a 25 mK. In queste condizioni, la capacità termica del grafene è così bassa, che quando un singolo fotone colpisce lo strato di grafene, è in grado di riscaldare il bagno di elettroni in modo così significativo, che la supercorrente diventi resistiva, dando origine a un picco di tensione facilmente rilevabile attraverso il dispositivo. Inoltre, hanno anche scoperto che questo effetto si sarebbe verificato quasi istantaneamente, consentendo così la conversione ultrarapida della luce assorbita in segnali elettrici, consentendo un rapido ripristino e lettura.

I risultati dello studio confermano che possiamo aspettarci un rapido progresso nell'integrazione di grafene e altri materiali 2-D con piattaforme elettroniche convenzionali, come nei chip CMOS, e mostra un percorso promettente verso array di imaging a risoluzione singola, applicazioni di elaborazione delle informazioni quantistiche di fotoni ottici e a microonde, e altre applicazioni che trarrebbero vantaggio dal rilevamento quantistico limitato di fotoni a bassa energia.