새로운 초전도 나노와이어 단일 광자 검출기의 픽셀 수는 400,000입니다.

초전도 나노와이어 단일 광자 검출기(SNSPD) 카메라에서 현재까지 가장 높은 해상도를 미국 연구진이 주장했습니다. NIST(국립표준기술연구소) 팀과 NASA 제트추진연구소 팀이 설계한 이 카메라는 장점을 전혀 희생하지 않으면서 다른 최첨단 설계보다 약 400배 더 높은 픽셀 수를 제공합니다.

XNUMX년 전에 처음 시연된 SNSPD는 극도로 낮은 조도에서도 이미지를 캡처하는 능력을 변화시켰습니다. 이 제품은 절대 영도 바로 위까지 냉각된 교차 나노와이어의 정사각형 격자 배열을 특징으로 합니다. 각 와이어는 초전도성이 파괴되는 임계 전류 바로 아래에서 전류를 전달합니다.

나노와이어가 단일 광자와 충돌하면 흡수된 열로 인해 에너지가 소멸될 때까지 초전도성이 일시적으로 차단됩니다. 이로 인해 전류가 수직 나노와이어 사이의 가장 가까운 교차점에 위치한 작은 저항 가열 요소로 분류됩니다. 각 나노와이어는 별도의 판독 라인에 연결됩니다. 이러한 판독값의 신호는 개별 픽셀 역할을 하여 각 광자의 감지 위치를 나타냅니다.

“SNSPD에는 매우 매력적인 특성이 있습니다.”라고 팀 리더는 설명합니다. 바크롬 오리포프 NIST에서. “이들은 최대 29mm(다른 많은 실리콘 기술에는 해당되지 않음)의 모든 [광자] 파장에서 작동하며 98nm에서 1550%의 감지 효율성을 입증했습니다. 또한 광자 도착 시간(타이밍 지터)의 불확실성이 매우 낮고 오탐지율(암흑 카운트)이 극히 낮습니다.”

해상도 제한

이러한 장점에도 불구하고 각 픽셀에 대한 독립적인 판독 와이어가 필요하기 때문에 더 큰 감지기를 만들기 위해 SNSPD를 확장하는 것이 어렵습니다. 지금까지 이것은 가장 높은 해상도의 장치라도 1000픽셀을 조금 넘는다는 것을 의미했습니다.

Oripov 팀은 감지기 설계에 대해 다른 접근 방식을 취했으며 이를 통해 각 행과 열의 나노와이어에 평행하게 배열된 판독 라인을 사용하여 광자를 감지할 수 있었습니다.

Oripov는 "검출기에서 직접 전기 신호 판독을 사용하는 대신 먼저 해당 전기 신호를 판독 라인(저항 가열 요소에 의해 생성됨)에서 열로 변환하고 이를 사용하여 판독 라인에서 역전파 전기 펄스를 트리거합니다"라고 설명합니다.

판독 라인의 각 끝에서 이러한 펄스의 도착 시간을 비교함으로써 카메라는 나노와이어를 따라 광자가 흡수된 위치를 정확하게 찾아낼 수 있습니다. 이러한 방식으로 한 행에서 감지된 광자 흡수 사이트가 수직 열의 감지와 교차하는 지점에서 픽셀이 생성됩니다.

더 적은 판독 라인

이전 디자인과 달리 총 N개² N×N 나노와이어 배열을 모니터링하려면 판독 라인이 필요했습니다. 이 새로운 디자인은 단 2N 판독 라인으로 단일 광자 이미지를 구축할 수 있습니다.

Oripov가 설명했듯이 이러한 개선을 통해 팀은 디자인의 해상도를 훨씬 더 쉽게 개선할 수 있습니다. “우리는 단일 광자 감도, 판독 지터 및 다크 카운트와 같은 다른 특성을 희생하지 않고도 실제로 많은 수의 픽셀로 확장할 수 있음을 보여주었습니다.”라고 그는 말합니다.

새로운 광자 검출기로 양자 키 배포 가속화

그들의 장치는 기존 최첨단 디자인보다 약 400,000배 더 높은 400개의 픽셀 수를 달성했습니다. 그러나 추가적인 개선이 이루어지면 이 숫자가 더 늘어날 수 있다고 확신합니다. 이것이 달성된다면, 전자기 스펙트럼의 넓은 대역에 걸친 단일 광자 이미징에 적합한 차세대 대규모 SNSPD의 길을 열게 될 것입니다.

이미 Oripov는 암흑 물질을 조사하고 초기 우주를 매핑하기 위한 향상된 천문학 기술부터 양자 통신 및 의료 영상을 위한 새로운 기회에 이르기까지 신기술에 대한 다양한 가능성을 구상하고 있습니다.

"이 결과를 통해 우리는 협력하고 더 나은 이미징 도구를 만드는 데 관심이 있는 몇몇 천체 물리학자와 생물의학 이미징 전문가의 관심을 끌 수 있었던 것 같습니다."라고 그는 말합니다. "그것은 우리 팀과 SNSPD 연구 분야의 동료들 모두에게 확실히 흥미로운 순간입니다."

새로운 검출기에 대한 설명은 다음과 같습니다. 자연.

• SEO 기반 콘텐츠 및 PR 배포. 오늘 증폭하십시오.
• PlatoData.Network 수직 생성 Ai. 자신에게 권한을 부여하십시오. 여기에서 액세스하십시오.
• PlatoAiStream. 웹3 인텔리전스. 지식 증폭. 여기에서 액세스하십시오.
• 플라톤ESG. 탄소, 클린테크, 에너지, 환경, 태양광, 폐기물 관리. 여기에서 액세스하십시오.
• PlatoHealth. 생명 공학 및 임상 시험 인텔리전스. 여기에서 액세스하십시오.
• 출처: https://physicsworld.com/a/new-superconducting-nanowire-single-photon-detector-has-400000-pixels/