नए सुपरकंडक्टिंग नैनोवायर सिंगल-फोटॉन डिटेक्टर में 400,000 पिक्सल हैं - फिजिक्स वर्ल्ड

अमेरिका में शोधकर्ताओं द्वारा सुपरकंडक्टिंग नैनोवायर सिंगल-फोटॉन डिटेक्टर (एसएनएसपीडी) कैमरे में अब तक के उच्चतम रिज़ॉल्यूशन का दावा किया गया है। राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (एनआईएसटी) और नासा की जेट प्रोपल्शन प्रयोगशाला की एक टीम द्वारा डिजाइन किया गया यह कैमरा, अपने किसी भी फायदे का त्याग किए बिना, अन्य अत्याधुनिक डिजाइनों की तुलना में लगभग 400 गुना अधिक पिक्सेल गणना प्रदान करता है।

पहली बार दो दशक पहले प्रदर्शित किया गया था, एसएनएसपीडी ने बेहद कम रोशनी के स्तर पर छवियों को कैप्चर करने की हमारी क्षमता को बदल दिया है। वे पूर्ण शून्य से ठीक ऊपर तक ठंडा किए गए प्रतिच्छेदी नैनोवायरों की वर्ग-ग्रिड सारणी पेश करते हैं। प्रत्येक तार क्रांतिक धारा के ठीक नीचे विद्युत धारा प्रवाहित करता है जिस पर अतिचालकता नष्ट हो जाती है।

जब एक नैनोवायर एक एकल फोटॉन से टकराता है, तो उसके द्वारा अवशोषित गर्मी अस्थायी रूप से सुपरकंडक्टिविटी को बंद कर देगी जब तक कि ऊर्जा समाप्त न हो जाए। इसके कारण करंट को लंबवत नैनोवायरों के बीच निकटतम चौराहों पर स्थित छोटे प्रतिरोधक हीटिंग तत्वों में स्थानांतरित कर दिया जाता है - प्रत्येक अपनी अलग रीडआउट लाइनों से जुड़ा होता है। इन रीडआउट्स के सिग्नल अलग-अलग पिक्सेल के रूप में कार्य करते हैं, जो प्रत्येक फोटॉन के पता लगाने के स्थान को दर्शाते हैं।

टीम लीडर बताते हैं, "एसएनएसपीडी में कुछ बहुत ही आकर्षक विशेषताएं हैं।" बख्रोम ओरिपोव एनआईएसटी पर. “वे 29 मिमी (कई अन्य सिलिकॉन प्रौद्योगिकियों के लिए सच नहीं) तक किसी भी [फोटॉन] तरंग दैर्ध्य के लिए काम करते हैं और 98 एनएम पर 1550% की पहचान क्षमता का प्रदर्शन किया है। उनके पास फोटॉन आगमन के समय (टाइमिंग जिटर) में बहुत कम अनिश्चितताएं हैं और गलत पहचान दर (डार्क काउंट) भी बहुत कम है।

संकल्प सीमाएँ

इन फायदों के बावजूद, प्रत्येक पिक्सेल के लिए स्वतंत्र रीडआउट तारों की आवश्यकता ने बड़े डिटेक्टर बनाने के लिए एसएनएसपीडी को स्केल-अप करना मुश्किल बना दिया है। अब तक, इसका मतलब यह है कि उच्चतम-रिज़ॉल्यूशन वाले उपकरणों में भी 1000 पिक्सेल से थोड़ा अधिक है।

ओरिपोव की टीम ने डिटेक्टर डिज़ाइन के लिए एक अलग दृष्टिकोण अपनाया और इससे उन्हें प्रत्येक पंक्ति और स्तंभ में नैनोवायर के समानांतर व्यवस्थित रीडआउट लाइनों का उपयोग करके फोटॉन का पता लगाने की अनुमति मिली।

ओरिपोव बताते हैं, "डिटेक्टरों से सीधे विद्युत सिग्नल रीडआउट का उपयोग करने के बजाय, हम पहले उस विद्युत सिग्नल को रीडआउट लाइन (एक प्रतिरोधक हीटिंग तत्व द्वारा उत्पन्न) में गर्मी में स्थानांतरित करते हैं और इसका उपयोग रीडआउट लाइन में काउंटर-प्रोपेगेटिंग विद्युत दालों को ट्रिगर करने के लिए करते हैं।"

रीडआउट लाइन के प्रत्येक छोर पर इन दालों के आगमन के समय की तुलना करके, कैमरा सटीक रूप से इंगित कर सकता है कि नैनोवायर के साथ फोटॉन को कहाँ अवशोषित किया गया था। इस तरह, उस बिंदु पर एक पिक्सेल उत्पन्न होता है जहां एक पंक्ति में पाया गया फोटॉन अवशोषण स्थल एक लंबवत स्तंभ में पता लगाने के साथ प्रतिच्छेद करता है।

कम पढ़ी गई पंक्तियाँ

पिछले डिज़ाइनों के विपरीत - जहां कुल एन² एन×एन नैनोवायरों की एक श्रृंखला की निगरानी के लिए रीडआउट लाइनों की आवश्यकता थी - यह नया डिज़ाइन केवल 2एन रीडआउट लाइनों के साथ एकल-फोटॉन छवियां बना सकता है।

जैसा कि ओरिपोव का वर्णन है, इस सुधार से टीम के लिए अपने डिज़ाइन में रिज़ॉल्यूशन में सुधार करना काफी आसान हो जाएगा। "हमने दिखाया कि हम वास्तव में एकल फोटॉन संवेदनशीलता, रीडआउट जिटर और डार्क काउंट जैसे अन्य गुणों का त्याग किए बिना बड़ी संख्या में पिक्सेल को स्केल कर सकते हैं," वे कहते हैं।

नया फोटॉन डिटेक्टर क्वांटम कुंजी वितरण को गति देता है

उनके डिवाइस ने 400,000 की पिक्सेल गिनती हासिल की - जो मौजूदा अत्याधुनिक डिज़ाइनों से लगभग 400 गुना अधिक है। लेकिन उन्हें भरोसा है कि आगे सुधार के साथ यह संख्या बढ़ाई जा सकती है. यदि हासिल किया गया, तो यह बड़े पैमाने पर एसएनएसपीडी की एक नई पीढ़ी के लिए मार्ग प्रशस्त करेगा, जो विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के व्यापक बैंड में एकल-फोटॉन इमेजिंग के लिए उपयुक्त है।

पहले से ही, ओरिपोव ने नई तकनीक के लिए संभावनाओं की एक विविध श्रृंखला की परिकल्पना की है: डार्क मैटर की जांच और प्रारंभिक ब्रह्मांड के मानचित्रण के लिए बेहतर खगोल विज्ञान तकनीकों से लेकर क्वांटम संचार और चिकित्सा इमेजिंग के लिए नए अवसरों तक।

"ऐसा लगता है कि इस परिणाम के साथ, हमने कुछ खगोल भौतिकीविदों और बायोमेडिकल इमेजिंग लोगों का ध्यान आकर्षित किया है, जो सहयोग करने और बेहतर इमेजिंग उपकरण बनाने में रुचि रखते हैं," वे कहते हैं। "यह निश्चित रूप से हमारी टीम और सामान्य तौर पर एसएनएसपीडी अनुसंधान के क्षेत्र में हमारे सहयोगियों दोनों के लिए एक रोमांचक क्षण है।"

नए डिटेक्टर का वर्णन किया गया है प्रकृति.

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/new-superconducting-nanowire-single-photon-detector-has-400000-pixels/