Nov superprevodni nanožični enofotonski detektor ima 400,000 slikovnih pik – Physics World

Raziskovalci v ZDA so zahtevali najvišjo ločljivost doslej v kameri superprevodnega nanožičnega enofotonskega detektorja (SNSPD). Fotoaparat, ki ga je zasnovala skupina Nacionalnega inštituta za standarde in tehnologijo (NIST) in Nasinega Laboratorija za reaktivni pogon, ponuja približno 400-krat večje število slikovnih pik kot druge najsodobnejše zasnove, ne da bi pri tem žrtvovali katero koli od njihovih prednosti.

SNSPD, ki so bili prvič prikazani pred dvema desetletjema, so spremenili našo sposobnost zajemanja slik pri izjemno nizkih ravneh svetlobe. Imajo kvadratno mrežo sekajočih se nanožic, ohlajenih na tik nad absolutno ničlo. Vsaka žica nosi električni tok tik pod kritičnim tokom, pri katerem se superprevodnost uniči.

Ko nanožico zadene en sam foton, bo toplota, ki jo absorbira, začasno zaustavila superprevodnost, dokler se energija ne razprši. To povzroči, da se tok preusmeri na majhne uporovne grelne elemente, nameščene na najbližjih presečiščih med pravokotnimi nanožicami – vsaka je povezana s svojimi ločenimi linijami za odčitavanje. Signali iz teh odčitkov delujejo kot posamezni piksli, ki kažejo lokacijo zaznave vsakega fotona.

"SNSPD imajo nekaj zelo privlačnih lastnosti," pojasnjuje vodja skupine Bakrom Oripov pri NIST. »Delajo za katero koli [fotonsko] valovno dolžino do 29 mm (kar ne velja za mnoge druge silicijeve tehnologije) in so dokazali učinkovitost zaznavanja 98 % pri 1550 nm. Imajo tudi zelo nizko negotovost v časih prihoda fotonov (časovno tresenje) in imajo izjemno nizke stopnje napačnega zaznavanja (število temnih točk).«

Omejitve ločljivosti

Kljub tem prednostim je potreba po neodvisnih odčitavalnih žicah za vsako slikovno piko otežila povečanje velikosti SNSPD za ustvarjanje večjih detektorjev. Doslej je to pomenilo, da imajo tudi naprave z najvišjo ločljivostjo malo več kot 1000 slikovnih pik.

Oripovova ekipa je ubrala drugačen pristop k oblikovanju detektorja in to jim je omogočilo zaznavanje fotonov z uporabo odčitavalnih linij, razporejenih vzporedno z nanožicami v vsaki vrstici in stolpcu.

"Namesto uporabe neposrednega odčitavanja električnega signala iz detektorjev, ta električni signal najprej pretvorimo v toploto v liniji za odčitavanje (ki jo ustvari uporovni grelni element) in ga uporabimo za sprožitev električnih impulzov nasprotnega širjenja v liniji za odčitavanje," pojasnjuje Oripov.

S primerjavo prihodnih časov teh impulzov na vsakem koncu črte za odčitavanje lahko kamera nato natančno določi, kje vzdolž nanožice je bil foton absorbiran. Na ta način se piksel ustvari na točki, kjer se mesto absorpcije fotona, zaznano v eni vrstici, seka z zaznavo v pravokotnem stolpcu.

Manj vrstic za branje

V nasprotju s prejšnjimi modeli – kjer je skupno N² črte za branje so bile potrebne za spremljanje niza N×N nanožic – ta nova zasnova lahko ustvari enofotonske slike s samo 2N črtami za branje.

Kot opisuje Oripov, bo ta izboljšava ekipi močno olajšala izboljšanje ločljivosti v njihovem dizajnu. "Pokazali smo, da lahko resnično povečamo na veliko število slikovnih pik, ne da bi pri tem žrtvovali druge lastnosti, kot so občutljivost posameznega fotona, tresenje odčitavanja in temno število," pravi.

Nov fotonski detektor pospeši kvantno porazdelitev ključev

Njihova naprava je dosegla število slikovnih pik 400,000 – približno 400-krat več od obstoječih najsodobnejših modelov. Toda z nadaljnjimi izboljšavami so prepričani, da bi to število lahko povečali. Če bi to dosegli, bi to utrlo pot novi generaciji obsežnih SNSPD, primernih za enofotonsko slikanje v širokem pasu elektromagnetnega spektra.

Oripov že predvideva raznoliko paleto možnosti za novo tehnologijo: od izboljšanih astronomskih tehnik za raziskovanje temne snovi in ​​kartiranje zgodnjega vesolja do novih priložnosti za kvantne komunikacije in medicinsko slikanje.

»Zdi se, kot da smo s tem rezultatom pritegnili pozornost nekaj astrofizikov in ljudi, ki se ukvarjajo s slikanjem v biomedicini, vsi zainteresirani za sodelovanje in izdelavo boljših orodij za slikanje,« pravi. "To je zagotovo vznemirljiv trenutek tako za našo ekipo kot za naše kolege na področju raziskav SNSPD na splošno."

Novi detektor je opisan v Narava.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/new-superconducting-nanowire-single-photon-detector-has-400000-pixels/