Новий надпровідний нанодротяний однофотонний детектор має 400,000 XNUMX пікселів – Physics World

Американські дослідники заявили про найвищу на сьогодні роздільну здатність камери надпровідного нанодротяного однофотонного детектора (SNSPD). Розроблена командою Національного інституту стандартів і технологій (NIST) і Лабораторії реактивного руху NASA, камера пропонує приблизно в 400 разів більше пікселів, ніж інші найсучасніші конструкції, не жертвуючи жодними їхніми перевагами.

Вперше продемонстровані два десятиліття тому, SNSPD змінили нашу здатність знімати зображення за надзвичайно низького рівня освітлення. Вони мають масиви квадратної сітки пересічних нанодротів, охолоджених трохи вище абсолютного нуля. Кожен дріт несе електричний струм трохи нижче критичного струму, при якому надпровідність руйнується.

Коли на нанодрот потрапляє один фотон, тепло, яке він поглинає, тимчасово вимикає надпровідність, доки енергія не розсіюється. Це призводить до того, що струм шунтується до малих резистивних нагрівальних елементів, розташованих на найближчих перетинах між перпендикулярними нанодротами, кожен з яких підключений до власної окремої лінії зчитування. Сигнали від цих зчитувань діють як окремі пікселі, вказуючи місце виявлення кожного фотона.

«SNSPD мають дуже привабливі характеристики, — пояснює керівник групи Бахром Оріпов в NIST. «Вони працюють для будь-якої [фотонної] довжини хвилі до 29 мм (це не так для багатьох інших кремнієвих технологій) і продемонстрували ефективність виявлення 98% при 1550 нм. Вони також мають дуже низьку невизначеність у часі надходження фотонів (тремтіння синхронізації) і мають надзвичайно низький рівень помилкового виявлення (темновий відлік)».

Обмеження роздільної здатності

Незважаючи на ці переваги, потреба в незалежних проводах зчитування для кожного пікселя ускладнює масштабування SNSPD для створення більших детекторів. Поки що це означало, що навіть пристрої з найвищою роздільною здатністю мають трохи більше 1000 пікселів.

Команда Оріпова застосувала інший підхід до розробки детектора, і це дозволило їм виявляти фотони за допомогою ліній зчитування, розташованих паралельно нанодротам у кожному рядку та стовпці.

«Замість того, щоб використовувати пряме зчитування електричного сигналу від детекторів, ми спочатку перетворюємо цей електричний сигнал у тепло в лінії зчитування (генероване резистивним нагрівальним елементом) і використовуємо його для запуску електричних імпульсів, що поширюються в зустрічній лінії в лінії зчитування», — пояснює Оріпов.

Порівнюючи час прибуття цих імпульсів на кожному кінці лінії зчитування, камера може потім точно визначити, де вздовж нанодроту був поглинений фотон. Таким чином, піксель генерується в точці, де місце поглинання фотона, виявлене в одному рядку, перетинається з виявленням у перпендикулярному стовпці.

Менше рядків зчитування

На відміну від попередніх конструкцій, де загальна кількість N² лінії зчитування були потрібні для моніторингу масиву N×N нанодротів – ця нова конструкція може створювати однофотонні зображення лише з 2N ліній зчитування.

Як описує Оріпов, це вдосконалення значно спростить команді покращити роздільну здатність у своєму дизайні. «Ми показали, що справді можемо масштабувати до великої кількості пікселів без шкоди для інших властивостей, таких як чутливість до одного фотона, тремтіння зчитування та темна кількість», — каже він.

Новий детектор фотонів прискорює квантовий розподіл ключів

Їхній пристрій досяг 400,000 400 пікселів – приблизно в XNUMX разів більше, ніж існуючі найсучасніші конструкції. Але з подальшими вдосконаленнями вони впевнені, що це число можна збільшити. Якщо це буде досягнуто, це відкриє шлях для нового покоління великомасштабних SNSPD, придатних для однофотонного зображення в широкій смузі електромагнітного спектру.

Оріпов вже передбачає широкий спектр можливостей для нової технології: від вдосконалених астрономічних методів для дослідження темної матерії та картографування раннього Всесвіту до нових можливостей для квантового зв’язку та медичних зображень.

«Схоже, завдяки цьому результату ми привернули увагу кількох астрофізиків і спеціалістів із біомедичної обробки зображень, які зацікавлені у співпраці та створенні кращих інструментів для обробки зображень», — говорить він. «Це, безумовно, хвилюючий момент як для нашої команди, так і для наших колег у сфері дослідження SNSPD загалом».

Новий детектор описано в природа.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/new-superconducting-nanowire-single-photon-detector-has-400000-pixels/