نئے سپر کنڈکٹنگ نانوائر سنگل فوٹون ڈیٹیکٹر میں 400,000 پکسلز ہیں – فزکس ورلڈ

ایک سپر کنڈکٹنگ نانوائر سنگل فوٹون ڈیٹیکٹر (SNSPD) کیمرے میں آج تک کی سب سے زیادہ ریزولوشن کا دعویٰ امریکہ میں محققین نے کیا ہے۔ نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف اسٹینڈرڈز اینڈ ٹیکنالوجی (NIST) اور NASA کی جیٹ پروپلشن لیبارٹری کی ایک ٹیم کے ذریعہ ڈیزائن کیا گیا، کیمرہ اپنے کسی بھی فائدے کی قربانی کے بغیر، دیگر جدید ترین ڈیزائنوں کے مقابلے میں پکسل کی گنتی 400 گنا زیادہ پیش کرتا ہے۔

پہلی بار دو دہائیوں قبل ظاہر کیا گیا تھا، SNSPDs نے انتہائی کم روشنی کی سطح پر تصاویر لینے کی ہماری صلاحیت کو تبدیل کر دیا ہے۔ ان میں ایک دوسرے کو قطع کرنے والے نینوائرز کی مربع گرڈ صفیں ہیں جو بالکل صفر سے اوپر ٹھنڈے ہوئے ہیں۔ ہر تار میں ایک برقی کرنٹ ہوتا ہے جو اس اہم کرنٹ کے بالکل نیچے ہوتا ہے جس پر سپر کنڈکٹیویٹی تباہ ہو جاتی ہے۔

جب ایک نانوائر کو ایک ہی فوٹون سے ٹکرایا جاتا ہے، تو یہ جو حرارت جذب کرتا ہے وہ اس وقت تک سپر کنڈکٹیویٹی کو عارضی طور پر بند کر دیتا ہے جب تک کہ توانائی ختم نہ ہو جائے۔ اس کی وجہ سے کرنٹ کو چھوٹے مزاحمتی حرارتی عناصر کی طرف موڑ دیا جاتا ہے جو کھڑے نینوائرز کے درمیان قریب ترین چوراہوں پر رکھے جاتے ہیں – ہر ایک اپنی الگ ریڈ آؤٹ لائنوں سے جڑا ہوتا ہے۔ ان ریڈ آؤٹس سے سگنل انفرادی پکسلز کے طور پر کام کرتے ہیں، جو ہر فوٹوون کے پتہ لگانے کے مقام کی نشاندہی کرتے ہیں۔

"SNSPDs میں کچھ بہت ہی دلکش خصوصیات ہیں،" ٹیم لیڈر بتاتے ہیں۔ بخروم اوریپوف NIST میں "وہ 29 ملی میٹر تک کسی بھی [فوٹن] طول موج کے لیے کام کرتے ہیں (بہت سی دوسری سلیکون ٹیکنالوجیز کے لیے درست نہیں) اور 98 nm پر 1550% کی کھوج کی صلاحیتوں کا مظاہرہ کیا ہے۔ ان کے پاس فوٹوون کی آمد کے اوقات (ٹائمنگ جیٹر) میں بھی بہت کم غیر یقینی صورتحال ہے اور ان میں غلط پتہ لگانے کی شرح بہت کم ہے (تاریک گنتی)۔

قرارداد کی حدود

ان فوائد کے باوجود، ہر پکسل کے لیے آزاد ریڈ آؤٹ تاروں کی ضرورت نے بڑے ڈیٹیکٹر بنانے کے لیے SNSPDs کی پیمائش کرنا مشکل بنا دیا ہے۔ اب تک، اس کا مطلب یہ ہے کہ سب سے زیادہ ریزولوشن والے آلات میں بھی 1000 پکسلز سے کچھ زیادہ ہے۔

اوریپوف کی ٹیم نے ڈٹیکٹر ڈیزائن کے لیے ایک مختلف طریقہ اختیار کیا اور اس نے انہیں ہر قطار اور کالم میں نانوائرز کے متوازی ترتیب دی گئی ریڈ آؤٹ لائنوں کا استعمال کرتے ہوئے فوٹونز کا پتہ لگانے کی اجازت دی۔

"ڈیٹیکٹر سے براہ راست الیکٹریکل سگنل ریڈ آؤٹ استعمال کرنے کے بجائے، ہم پہلے اس برقی سگنل کو ریڈ آؤٹ لائن میں حرارت میں منتقل کرتے ہیں (ایک مزاحمتی حرارتی عنصر سے پیدا ہوتا ہے) اور اسے ریڈ آؤٹ لائن میں الیکٹریکل پلس کو مخالف پروپیگنڈے کو متحرک کرنے کے لیے استعمال کرتے ہیں،" اوریپوف بتاتے ہیں۔

ریڈ آؤٹ لائن کے ہر سرے پر ان دالوں کی آمد کے اوقات کا موازنہ کرتے ہوئے، کیمرہ اس کے بعد بالکل ٹھیک نشاندہی کر سکتا ہے کہ نانوائر کے ساتھ ساتھ فوٹوون کہاں جذب ہوا تھا۔ اس طرح، ایک پکسل اس مقام پر پیدا ہوتا ہے جہاں ایک قطار میں پائی جانے والی فوٹوون جذب کرنے والی جگہ ایک کھڑے کالم میں ایک کھوج کے ساتھ آپس میں ملتی ہے۔

کم پڑھنے والی لائنیں۔

پچھلے ڈیزائنوں کے برعکس - جہاں کل N² N×N nanowires کی ایک صف کی نگرانی کے لیے ریڈ آؤٹ لائنوں کی ضرورت تھی - یہ نیا ڈیزائن صرف 2N ریڈ آؤٹ لائنوں کے ساتھ سنگل فوٹون امیجز بنا سکتا ہے۔

جیسا کہ Oripov بیان کرتا ہے، یہ بہتری ٹیم کے لیے اپنے ڈیزائن میں ریزولوشن کو بہتر بنانے میں بہت زیادہ آسان بنائے گی۔ "ہم نے دکھایا کہ ہم دوسری خصوصیات جیسے کہ سنگل فوٹوون کی حساسیت، ریڈ آؤٹ جٹر اور ڈارک کاؤنٹ کی قربانی کے بغیر واقعی بڑی تعداد میں پکسلز تک پیمانہ کر سکتے ہیں،" وہ کہتے ہیں۔

نیا فوٹوون ڈیٹیکٹر کوانٹم کلید کی تقسیم کو تیز کرتا ہے۔

ان کے آلے نے 400,000 کی پکسل کی گنتی حاصل کی – جو موجودہ جدید ترین ڈیزائنوں سے کچھ 400 گنا زیادہ ہے۔ لیکن مزید بہتری کے ساتھ، وہ پراعتماد ہیں کہ اس تعداد میں اضافہ کیا جا سکتا ہے۔ اگر حاصل کیا جاتا ہے، تو یہ بڑے پیمانے پر SNSPDs کی ایک نئی نسل کے لیے راہ ہموار کرے گا، جو برقی مقناطیسی سپیکٹرم کے وسیع بینڈ میں سنگل فوٹون امیجنگ کے لیے موزوں ہے۔

پہلے سے ہی، اوریپوف نے نئی ٹیکنالوجی کے لیے مختلف قسم کے امکانات کا تصور کیا ہے: تاریک مادے کی تحقیقات اور ابتدائی کائنات کی نقشہ سازی کے لیے فلکیات کی بہتر تکنیکوں سے لے کر کوانٹم کمیونیکیشن اور میڈیکل امیجنگ کے لیے نئے مواقع تک۔

"ایسا لگتا ہے کہ اس نتیجے کے ساتھ، ہم نے چند ماہرین فلکیات اور بایومیڈیکل امیجنگ لوگوں کی توجہ حاصل کی، جو سبھی تعاون کرنے اور بہتر امیجنگ ٹولز بنانے میں دلچسپی رکھتے ہیں،" وہ کہتے ہیں۔ "یہ یقینی طور پر ہماری ٹیم اور عام طور پر SNSPD تحقیق کے میدان میں ہمارے ساتھیوں کے لیے ایک دلچسپ لمحہ ہے۔"

نئے ڈیٹیکٹر میں بیان کیا گیا ہے۔ فطرت، قدرت.

• SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
• پلیٹو ڈیٹا ڈاٹ نیٹ ورک ورٹیکل جنریٹو اے آئی۔ اپنے آپ کو بااختیار بنائیں۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹوآئ اسٹریم۔ ویب 3 انٹیلی جنس۔ علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ای ایس جی۔ کاربن، کلین ٹیک، توانائی ، ماحولیات، شمسی، ویسٹ مینجمنٹ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ہیلتھ۔ بائیوٹیک اینڈ کلینیکل ٹرائلز انٹیلی جنس۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ماخذ: https://physicsworld.com/a/new-superconducting-nanowire-single-photon-detector-has-400000-pixels/