Впервые камеры SNSPD появились 20 лет назад, вызвав переворот в оптике. Они состоят из массивов квадратных сеток пересекающихся нанонитей, охлажденных почти до абсолютного нуля. Каждая нить переносит электрический ток чуть ниже критической отметки, на которой исчезает сверхпроводимость. Когда с нанонитью сталкивается единственный фотон, поглощенное ею тепло временно отключает сверхпроводимость, пока энергия не рассеется. Из-за этого ток перемещается к элементам резистивного нагрева, расположенным на пересечении нитей, каждая из которых соединена с собственными линиями считывания. Сигналы этих считываний выступают в роли отдельных пикселей, указывая на расположение каждого фотона.
«SNSPD обладают очень привлекательными характеристиками, — сказал Бахром Орипов, руководитель научной группы из Национального института стандартов и технологий США. — Они работают с любой длиной волны фотона до 29 нм (в отличие от многих других кремниевых технологий) и демонстрируют эффективность регистрации 98% при 1550 нм. Также они обладают очень низкой неопределенностью во времени прибытия фотона (временное дрожание) и крайне низкие показатели ложного обнаружения».
Несмотря на эти преимущества, потребность в независимых нитях считывания для каждого пикселя осложняет масштабирование SNSPD. До сих пор это означало, что даже у устройств с очень высоким разрешением не многим более 1000 пикселей, пишет Physics World.
Команда Орипова выбрала другую стратегию проектирования детекторов, которая позволила регистрировать фотоны при помощи линий считывания, расположенных параллельно к нанонитям в каждом ряду и колонке. Вместо того чтобы использовать прямое считывание электрического сигнала с детекторов, ученые сначала преобразовали его в тепло в линии считывания и запустили с его помощью встречные электрические импульсы в линии считывания. Сравнивая время прибытия этих импульсов на каждом конце линии, камера точно определяет, где по отношению к нанонити был поглощен фотон.
Собранное устройство способно зарегистрировать 400 000 пикселей — примерно в 400 раз больше, чем самые современные аналоги. А дальнейшие усовершенствования могут повысить это значение еще больше.
В 2021 году австралийские ученые создали самый тонкий на тот момент детектор рентгеновского излучения. Его толщина составила менее 10 нм. Новое устройство отлично подходит для получения снимков белков и живых клеток даже в реальном времени.
