Yeni süper iletken nanotel tek fotonlu dedektör 400,000 piksele sahip - Fizik Dünyası

Süperiletken nanotel tek foton dedektörlü (SNSPD) kamerada bugüne kadarki en yüksek çözünürlük, ABD'deki araştırmacılar tarafından iddia edildi. Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) ve NASA'nın Jet Propulsion Laboratuvarı'ndaki bir ekip tarafından tasarlanan kamera, avantajlarından ödün vermeden diğer son teknoloji tasarımlara göre yaklaşık 400 kat daha yüksek piksel sayısı sunuyor.

İlk kez yirmi yıl önce gösterilen SNSPD'ler, son derece düşük ışık seviyelerinde görüntü yakalama yeteneğimizi dönüştürdü. Mutlak sıfırın hemen üstüne soğutulmuş, kesişen nanotellerin kare ızgara dizilerine sahiptirler. Her tel, süperiletkenliğin yok olduğu kritik akımın hemen altında bir elektrik akımı taşır.

Bir nanotele tek bir foton çarptığında, emdiği ısı, enerji tükenene kadar süperiletkenliği geçici olarak kapatacaktır. Bu, akımın, her biri kendi ayrı okuma hatlarına bağlı olan dikey nanoteller arasındaki en yakın kesişme noktalarında konumlandırılan küçük dirençli ısıtma elemanlarına yönlendirilmesine neden olur. Bu okumalardan gelen sinyaller, her bir fotonun tespit konumunu belirten ayrı pikseller gibi davranır.

Ekip lideri "SNSPD'lerin çok çekici bazı özellikleri var" diye açıklıyor Bakrom Oripov NIST'te. "Bunlar 29 mm'ye kadar herhangi bir (foton) dalga boyu için çalışıyorlar (diğer birçok silikon teknolojisi için geçerli değil) ve 98 nm'de %1550'lik tespit verimliliği gösterdiler. Ayrıca foton varış zamanlarında (zamanlama titreşimi) çok düşük belirsizlikler var ve son derece düşük yanlış tespit oranlarına (karanlık sayımlar) sahipler.”

Çözünürlük sınırlamaları

Bu avantajlara rağmen, her piksel için bağımsız okuma kablolarına duyulan ihtiyaç, SNSPD'lerin daha büyük dedektörler oluşturacak şekilde ölçeklendirilmesini zorlaştırdı. Şu ana kadar bu, en yüksek çözünürlüklü cihazların bile 1000 pikselden biraz daha fazlasına sahip olduğu anlamına geliyordu.

Oripov'un ekibi dedektör tasarımına farklı bir yaklaşım benimsedi ve bu onların her satır ve sütundaki nanotellere paralel düzenlenmiş okuma çizgileri kullanarak fotonları tespit etmelerine olanak sağladı.

Oripov, "Dedektörlerden gelen doğrudan elektrik sinyali okumasını kullanmak yerine, öncelikle bu elektrik sinyalini okuma hattında (dirençli bir ısıtma elemanı tarafından üretilen) ısıya dönüştürüyoruz ve bunu okuma hattında karşıt yayılan elektrik darbelerini tetiklemek için kullanıyoruz" diye açıklıyor.

Bu darbelerin okuma hattının her iki ucundaki varış zamanlarını karşılaştırarak kamera, nanotel boyunca fotonun emildiği yeri tam olarak belirleyebilir. Bu şekilde, bir satırda tespit edilen foton soğurma bölgesinin dik bir sütundaki tespitle kesiştiği noktada bir piksel üretilir.

Daha az okuma satırı

Önceki tasarımların aksine - toplam N² Bir dizi N × N nanotelin izlenmesi için okuma hatları gerekiyordu; bu yeni tasarım, yalnızca 2N okuma hattıyla tek fotonlu görüntüler oluşturabilir.

Oripov'un açıkladığı gibi bu iyileştirme, ekibin tasarımlarındaki çözünürlüğü iyileştirmesini büyük ölçüde kolaylaştıracak. "Tek foton hassasiyeti, okuma titreşimi ve karanlık sayımı gibi diğer özelliklerden ödün vermeden gerçekten çok sayıda piksele ölçeklenebildiğimizi gösterdik" diyor.

Yeni foton dedektörü, kuantum anahtar dağıtımını hızlandırır

Cihazları, mevcut son teknoloji tasarımlardan yaklaşık 400,000 kat daha yüksek olan 400 piksel sayısına ulaştı. Ancak daha fazla iyileştirme ile bu sayının artırılabileceğinden eminler. Başarılırsa bu, elektromanyetik spektrumun geniş bir bandında tek foton görüntülemeye uygun yeni nesil büyük ölçekli SNSPD'lerin önünü açacaktır.

Oripov şimdiden yeni teknoloji için çok çeşitli olasılıklar öngörüyor: Karanlık maddeyi araştırmak ve erken evrenin haritasını çıkarmak için geliştirilmiş astronomi tekniklerinden, kuantum iletişimi ve tıbbi görüntüleme için yeni fırsatlara kadar.

"Görünüşe göre bu sonuçla, işbirliği yapmak ve daha iyi görüntüleme araçları yapmak isteyen birkaç astrofizikçinin ve biyomedikal görüntüleme uzmanının dikkatini çektik" diyor. "Bu hem ekibimiz hem de genel olarak SNSPD araştırması alanındaki meslektaşlarımız için kesinlikle heyecan verici bir an."

Yeni dedektör şurada açıklanmıştır: Tabiat.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/new-superconducting-nanowire-single-photon-detector-has-400000-pixels/