Uuel ülijuhtival nanojuhtmest ühe footoni detektoril on 400,000 XNUMX pikslit – Physics World

USA teadlased on väitnud, et ülijuhtiva nanojuhtme ühe fotoni detektori (SNSPD) kaamera on seni kõrgeim eraldusvõime. Riikliku standardite ja tehnoloogia instituudi (NIST) ja NASA reaktiivmootorite laboratooriumi meeskonna poolt välja töötatud kaamera pikslite arv on umbes 400 korda suurem kui teistel tipptasemel konstruktsioonidel, ilma et see kaotaks nende eeliseid.

Esmakordselt demonstreeriti kaks aastakümmet tagasi, SNSPD-d on muutnud meie võimet jäädvustada pilte väga madalal valgustasemel. Neil on ristuvate nanojuhtmete ruudukujulised massiivid, mis on jahutatud veidi üle absoluutse nulli. Iga traat kannab elektrivoolu, mis on veidi alla kriitilise voolu, mille juures ülijuhtivus hävib.

Kui nanotraati tabab üks footon, peatab selle neelav soojus ajutiselt ülijuhtivuse, kuni energia on hajunud. See põhjustab voolu šunteerimise väikestele takistuslikele kütteelementidele, mis paiknevad lähimates ristumiskohtades risti asetsevate nanojuhtmete vahel, millest igaüks on ühendatud oma eraldi lugemisliinidega. Nende näitude signaalid toimivad üksikute pikslitena, mis näitavad iga footoni tuvastamiskohta.

"SNSPD-del on mõned väga ahvatlevad omadused, " selgitab meeskonnajuht Bakhrom Oripov NISTis. "Need töötavad mis tahes [fotoni] lainepikkusel kuni 29 mm (mitte paljude teiste ränitehnoloogiate puhul) ja nende tuvastamise efektiivsus on 98 nm juures 1550%. Neil on ka väga madal määramatus footonite saabumisaegades (ajastusvärin) ja väga madal valetuvastuse määr (tumeda arv).

Eraldusvõime piirangud

Vaatamata nendele eelistele on vajadus iga piksli jaoks sõltumatute lugemisjuhtmete järele raskendanud SNSPD-de suurendamist suuremate detektorite loomiseks. Siiani on see tähendanud, et isegi kõrgeima eraldusvõimega seadmetel on veidi rohkem kui 1000 pikslit.

Oripovi meeskond kasutas detektori kujundamisel teistsugust lähenemist ja see võimaldas neil tuvastada footoneid, kasutades iga rea ​​ja veeru nanojuhtmetega paralleelselt paigutatud lugemisjooni.

"Selle asemel, et kasutada detektoritest otsest elektrisignaali lugemist, muundame selle elektrilise signaali esmalt näiduliinis soojuseks (tekitab takistuslik kütteelement) ja kasutame seda näiduliinis vastupidiselt levivate elektriimpulsside käivitamiseks," selgitab Oripov.

Võrreldes nende impulsside saabumisaegu näidujoone mõlemas otsas, saab kaamera täpselt määrata, kus nanojuhtmes footon neeldus. Sel viisil genereeritakse piksel kohas, kus ühes reas tuvastatud footoni neeldumiskoht lõikub tuvastusega risti asetsevas veerus.

Vähem lugemisridu

Erinevalt varasematest kujundustest – kus kokku N² N × N nanojuhtmete massiivi jälgimiseks oli vaja lugemisjooni – see uus disain suudab luua ühe fotoni kujutisi vaid 2N lugemisjoonega.

Nagu Oripov kirjeldab, muudab see täiustus meeskonna jaoks oluliselt lihtsamaks oma disaini eraldusvõime parandamise. "Näitasime, et suudame tõepoolest skaleerida suurele arvule pikslitele, ohverdamata muid omadusi, nagu ühe footoni tundlikkus, näidu värin ja tume arv," ütleb ta.

Uus footonidetektor kiirendab kvantvõtme jaotust

Nende seade saavutas 400,000 400 pikslite arvu – umbes XNUMX korda rohkem kui olemasolevad tipptasemel kujundused. Kuid edasiste täiustustega on nad kindlad, et seda arvu saab suurendada. Kui see saavutatakse, sillutaks see teed uue põlvkonna suuremahulistele SNSPD-dele, mis sobivad ühe fotoni pildistamiseks elektromagnetilise spektri laias ribas.

Juba praegu näeb Oripov uue tehnoloogia jaoks ette mitmesuguseid võimalusi: alates täiustatud astronoomiatehnikatest tumeaine uurimiseks ja varajase universumi kaardistamiseks kuni uute võimalusteni kvantkommunikatsiooni ja meditsiinilise pildistamise jaoks.

"Tundub, et selle tulemusega saime mõne astrofüüsiku ja biomeditsiinilise pildistamise inimese tähelepanu, kes kõik on huvitatud koostööst ja paremate pildistamistööriistade loomisest, " ütleb ta. "See on kindlasti põnev hetk nii meie meeskonnale kui ka meie kolleegidele SNSPD uurimistöö valdkonnas üldiselt."

Uut detektorit kirjeldatakse artiklis loodus.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/new-superconducting-nanowire-single-photon-detector-has-400000-pixels/