Detektor foton tunggal kawat nano superkonduktor baru memiliki 400,000 piksel – Dunia Fisika

Resolusi tertinggi hingga saat ini pada kamera detektor foton tunggal kawat nano superkonduktor (SNSPD) telah diklaim oleh para peneliti di AS. Dirancang oleh tim di Institut Standar dan Teknologi Nasional (NIST) dan Jet Propulsion Laboratory NASA, kamera ini menawarkan jumlah piksel sekitar 400 kali lebih tinggi dibandingkan desain canggih lainnya, tanpa mengorbankan keunggulan apa pun.

Pertama kali didemonstrasikan dua dekade lalu, SNSPD telah mengubah kemampuan kita menangkap gambar pada tingkat cahaya yang sangat rendah. Mereka menampilkan susunan kotak persegi dari kawat nano berpotongan yang didinginkan hingga tepat di atas nol mutlak. Setiap kawat membawa arus listrik tepat di bawah arus kritis dimana superkonduktivitas dihancurkan.

Ketika kawat nano terkena satu foton, panas yang diserapnya akan mematikan superkonduktivitas untuk sementara hingga energinya hilang. Hal ini menyebabkan arus dialihkan ke elemen pemanas resistif kecil yang ditempatkan di persimpangan terdekat antara kawat nano tegak lurus – masing-masing terhubung ke jalur pembacaan terpisah. Sinyal dari pembacaan ini bertindak sebagai piksel individual, yang menunjukkan lokasi deteksi setiap foton.

“SNSPD memiliki beberapa karakteristik yang sangat menarik,” jelas ketua tim Bakhrom Oripov di NIST. “Mereka bekerja pada panjang gelombang [foton] apa pun hingga 29 mm (tidak berlaku untuk banyak teknologi silikon lainnya) dan telah menunjukkan efisiensi pendeteksian sebesar 98% pada 1550 nm. Mereka juga memiliki ketidakpastian yang sangat rendah dalam waktu kedatangan foton (timing jitter) dan memiliki tingkat deteksi palsu yang sangat rendah (penghitungan gelap).”

Batasan resolusi

Terlepas dari kelebihan ini, kebutuhan akan kabel pembacaan independen untuk setiap piksel telah mempersulit peningkatan skala SNSPD untuk membuat detektor yang lebih besar. Sejauh ini, hal ini berarti bahwa perangkat dengan resolusi tertinggi pun hanya memiliki kurang dari 1000 piksel.

Tim Oripov mengambil pendekatan berbeda terhadap desain detektor dan ini memungkinkan mereka mendeteksi foton menggunakan garis pembacaan yang disusun sejajar dengan kawat nano di setiap baris dan kolom.

“Daripada menggunakan pembacaan sinyal listrik langsung dari detektor, pertama-tama kami mentransduksi sinyal listrik tersebut menjadi panas di jalur pembacaan (dihasilkan oleh elemen pemanas resistif) dan menggunakannya untuk memicu gelombang listrik yang merambat balik di jalur pembacaan,” jelas Oripov.

Dengan membandingkan waktu kedatangan pulsa-pulsa ini di setiap ujung garis pembacaan, kamera kemudian dapat menentukan dengan tepat di mana sepanjang kawat nano foton diserap. Dengan cara ini, sebuah piksel dihasilkan pada titik di mana lokasi penyerapan foton yang terdeteksi dalam satu baris berpotongan dengan deteksi pada kolom tegak lurus.

Lebih sedikit baris pembacaan

Berbeda dengan desain sebelumnya – yang totalnya N² garis pembacaan diperlukan untuk memantau rangkaian kawat nano N×N – desain baru ini dapat menghasilkan gambar foton tunggal hanya dengan 2N garis pembacaan.

Seperti yang dijelaskan Oripov, peningkatan ini akan mempermudah tim untuk meningkatkan resolusi dalam desain mereka. “Kami menunjukkan bahwa kami memang dapat menskalakan piksel dalam jumlah besar tanpa mengorbankan properti lain seperti sensitivitas foton tunggal, jitter pembacaan, dan penghitungan gelap,” katanya.

Detektor foton baru mempercepat distribusi kunci kuantum

Perangkat mereka mencapai jumlah piksel 400,000 – sekitar 400 kali lebih tinggi dari desain canggih yang ada. Namun dengan perbaikan lebih lanjut, mereka yakin jumlah ini bisa bertambah. Jika tercapai, hal ini akan membuka jalan bagi generasi baru SNSPD berskala besar, yang cocok untuk pencitraan foton tunggal pada pita spektrum elektromagnetik yang luas.

Oripov sudah membayangkan beragam kemungkinan untuk teknologi baru ini: mulai dari peningkatan teknik astronomi untuk menyelidiki materi gelap dan memetakan alam semesta awal, hingga peluang baru untuk komunikasi kuantum dan pencitraan medis.

“Sepertinya dengan hasil ini, kami mendapat perhatian dari beberapa ahli astrofisika dan pencitraan biomedis, semuanya tertarik untuk berkolaborasi dan membuat alat pencitraan yang lebih baik,” katanya. “Ini tentu menjadi momen yang menggembirakan baik bagi tim kami maupun rekan-rekan kami di bidang penelitian SNSPD secara umum.”

Detektor baru dijelaskan dalam Alam.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/new-superconducting-nanowire-single-photon-detector-has-400000-pixels/