Новый сверхпроводящий однофотонный детектор нанопроволоки имеет 400,000 XNUMX пикселей

Исследователи из США заявили о самом высоком разрешении на сегодняшний день в сверхпроводящей камере с однофотонным детектором на основе нанопроводов (SNSPD). Разработанная командой Национального института стандартов и технологий (NIST) и Лаборатории реактивного движения НАСА, камера обеспечивает количество пикселей примерно в 400 раз больше, чем другие современные конструкции, не жертвуя при этом ни одним из своих преимуществ.

Впервые продемонстрированные два десятилетия назад, SNSPD изменили нашу способность захватывать изображения при чрезвычайно низких уровнях освещенности. Они представляют собой массивы пересекающихся нанопроволок с квадратной сеткой, охлажденные до температуры чуть выше абсолютного нуля. По каждому проводу протекает электрический ток чуть ниже критического тока, при котором разрушается сверхпроводимость.

Когда в нанопроволоку попадает одиночный фотон, поглощаемое ею тепло временно отключает сверхпроводимость, пока энергия не рассеется. Это приводит к тому, что ток шунтируется к небольшим резистивным нагревательным элементам, расположенным в ближайших пересечениях между перпендикулярными нанопроволоками, каждый из которых подключен к своей отдельной линии считывания. Сигналы этих показаний действуют как отдельные пиксели, указывая место обнаружения каждого фотона.

«SNSPD обладают некоторыми очень привлекательными характеристиками», — объясняет руководитель группы. Бахром Орипов в НИСТ. «Они работают на любой длине волны [фотонов] до 29 мм (это не относится ко многим другим кремниевым технологиям) и продемонстрировали эффективность обнаружения 98% при длине волны 1550 нм. Они также имеют очень низкую неопределенность во времени прибытия фотонов (дрожание времени) и чрезвычайно низкий уровень ложного обнаружения (темновой счетчик)».

Ограничения разрешения

Несмотря на эти преимущества, необходимость в независимых проводах считывания для каждого пикселя затруднила масштабирование SNSPD для создания более крупных детекторов. До сих пор это означало, что даже устройства с самым высоким разрешением имеют чуть более 1000 пикселей.

Команда Орипова применила другой подход к конструкции детектора, что позволило им обнаруживать фотоны с помощью линий считывания, расположенных параллельно нанопроволокам в каждом ряду и столбце.

«Вместо использования прямого считывания электрического сигнала с детекторов мы сначала преобразуем этот электрический сигнал в тепло в линии считывания (генерируемое резистивным нагревательным элементом) и используем его для запуска встречных электрических импульсов в линии считывания», — объясняет Орипов.

Сравнивая время прибытия этих импульсов на каждом конце линии считывания, камера может затем точно определить, где на нанопроволоке был поглощен фотон. Таким образом, пиксель генерируется в точке, где место поглощения фотона, обнаруженное в одном ряду, пересекается с местом обнаружения в перпендикулярном столбце.

Меньше строк считывания

В отличие от предыдущих конструкций, где всего N² Линии считывания были необходимы для мониторинга массива N×N нанопроводов — эта новая конструкция может создавать однофотонные изображения всего с 2N строк считывания.

Как описывает Орипов, это улучшение значительно облегчит команде повышение разрешения в их проектах. «Мы показали, что действительно можем масштабироваться до большого количества пикселей, не жертвуя при этом другими свойствами, такими как чувствительность к одиночным фотонам, дрожание считывания и количество темновых точек», — говорит он.

Новый фотонный детектор ускоряет распространение квантовых ключей

Их устройство достигло количества пикселей в 400,000 400 — примерно в XNUMX раз больше, чем у существующих современных разработок. Но при дальнейших улучшениях они уверены, что это число можно будет увеличить. Если это будет достигнуто, это проложит путь к новому поколению крупномасштабных SNSPD, пригодных для однофотонной визуализации в широком диапазоне электромагнитного спектра.

Орипов уже предусматривает широкий спектр возможностей новой технологии: от усовершенствованных астрономических методов исследования темной материи и картографии ранней Вселенной до новых возможностей для квантовой связи и медицинских изображений.

«Похоже, что этот результат привлек внимание нескольких астрофизиков и специалистов по биомедицинской визуализации, заинтересованных в сотрудничестве и создании более совершенных инструментов визуализации», — говорит он. «Это, безусловно, волнующий момент как для нашей команды, так и для наших коллег в области исследований SNSPD в целом».

Новый детектор описан в природа.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/new-superconducting-nanowire-single-photon-detector-has-400000-pixels/