Устройство превосходит существующие аналоги в 400 раз. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) США разработали сверхпроводящую камеру, состоящую из 400 000 пикселей. Рекордное разрешение необходимо для астрономических снимков в условиях чрезвычайно низкого уровня освещенности и биомедицинских наблюдений со сверхвысокой детализацией.
Камера состоит из сеток ультратонких электрических проводов, охлажденных почти до абсолютного нуля, по которым ток течет без сопротивления. Сверхпроводящие нанопроволоки фиксируют даже энергию одиночных фотонов — столкновения с ними «отключает» сверхпроводимость в определенном месте (пикселе) сетки. Объединение всех местоположений и интенсивностей всех фотонов составляет изображение.
Сверхпроводящие камеры позволяют ученым улавливать очень слабые световые сигналы, исходящие как от удаленных объектов в космосе, так и от частей человеческого мозга. Первые сверхпроводящие камеры, способные обнаруживать одиночные фотоны, были разработаны более 20 лет назад. С тех пор устройства содержали не более нескольких тысяч пикселей — слишком мало для большинства приложений.
Принцип работы однофотонной сверхпроводящей камеры. Видео: S. Kelley/NIST
Создание сверхпроводящей камеры с большим количеством пикселей стало серьезной проблемой, поскольку стало практически невозможно подключить каждый отдельный охлажденный пиксель из многих тысяч к собственному считывающему проводу. Для решения этой проблемы инженеры построили камеру из пересекающихся сверхпроводящих нанопроводов, которые образуют несколько рядов и столбцов, как в игре «крестики-нолики».
Каждый пиксель — крошечная область с центром в точке пересечения отдельных вертикальных и горизонтальных нанопроволок — однозначно определяется строкой и столбцом, в которых он находится. Такое расположение позволило ученым измерять сигналы, поступающие от целого ряда или столбца пикселей одновременно, что резко сократило количество проводов считывания. Для этого исследователи поместили сверхпроводящий провод считывания параллельно строкам пикселей, но не касаясь их, и еще один провод параллельно столбцам, но не касаясь их.
С помощью этой технологии инженеры быстро увеличили количество пикселей до 400 000. Детекторы получившейся камеры работают с временным разрешением 50 триллионных долей секунды и могут подсчитывать до 100 000 фотонов в секунду, попадающих в сетку.
Читать далее:
Исследователи обнаружили, что сперматозоиды при движении «обходят» закон Ньютона
Наша память работает совсем не так, как считали ученые
Астрономы построили крупнейшую модель, которая воспроизводит эволюцию Вселенной
На обложке: иллюстрация сверхпроводящей камеры, фиксирующей излучение далеких астрономических объектов. Изображение: pixaby, S. Kelley/NIST.