EO

Spectrale resolutie van supergeleidende enkel-foton-detectoren meer dan verdubbeld

12 oktober 2021 om 11:46 uur

Om de setup te testen sturen de onderzoekers licht in de MKID (in de samplehouder) via een glasvezelkabel.

Wetenschappers gebruiken supergeleidende detectoren (MKIDs) om losse fotonen vanaf exoplaneten in te vangen. MKIDs monitoren continu hun eigen kinetische inductie, die afhangt van de energie van een invallend foton. SRON-onderzoekers hebben nu de spectrale resolutie meer dan verdubbeld door veel van de weggelekte energie opnieuw te vangen.


Het onderzoek is gepubliceerd in Physical Review Applied.

 

In een supergeleider op lage temperatuur leven de meeste elektronen in paren. Een wisselstroom versnelt en vertraagt deze paren, waarmee ze een bijzonder verschijnsel opwekken: kinetische inductie. Wanneer een foton op een supergeleider invalt, baant de energie zich als een waterval door het materiaal, waarbij hij duizenden elektronparen opbreekt. Een lagere dichtheid paren betekent een hogere kinetische inductie.

 

Wetenschappers gebruiken dit verschijnsel om losse fotonen van zichtbaar en nabij-infraroodlicht te detecteren, bijvoorbeeld van exoplaneten, door supergeleidende enkel-foton-detectoren te bouwen in de vorm van zogenoemde Microwave Kinetic Inductance Detectors (MKIDs). Deze detectoren meten continu de kinetische inductie van hun materiaal, zodat het opvalt als een foton invalt. Daarbij wordt ook meteen de golflengte bepaald, zodat elke pixel een spectrum kan opmeten. Pieter de Visser van SRON Netherlands Institute for Space Research en zijn collega's hebben nu het ontwerp van MKIDs aangepast waarmee ze een tweeënhalf maal zo hoge nauwkeurigheid halen om de golflengte van een foton te meten.

 

Conventionele enkel-foton-detectoren bestaan uit supergeleidende circuitjes, aangebracht op een dikke (>300 μm) silicium of saffieren substraat. De spectrale resolutie van deze detectoren is gelimiteerd, omdat een deel van de oorspronkelijke energie van het invallende foton weglekt in het substraat via akoestische golven-fononen-voordat het wordt geregistreerd. Dit energieverlies vergroot de statistische variatie van het kinetische inductiesignaal dat wordt gebruikt om het foton te detecteren, waardoor het spectrum breder wordt.

 

In hun aangepaste apparaat vervangen De Visser en zijn collega's het substraat met een dun (110 nm) siliciumnitride membraan. Ze laten zien dat fononen die ontsnappen vanuit de supergeleidende draad naar dit membraan, weer terugkaatsen vanaf de onderkant van het membraan naar de supergeleider. Daar maken ze hun werk af door meer elektronparen op te breken. De onderzoekers bereiken een oplossend vermogen van 52 en 19 voor respectievelijk zichtbaar en nabij-infrarode fotonen, tegenover 21 en 10 bij conventionele MKIDs.

 

Nu staan er twee nieuwe uitdagingen op de agenda. Ten eerste om een nog hogere spectrale resolutie te bereiken via betere invanging van ontsnapte fononen, met gebruik van zogenoemde fononische kristallen. Ten tweede om deze methode toe te passen op apparaten met veel pixels, om meetinstrumenten te maken die geschikt zijn voor astronomische en biologische toepassingen, zoals het bestuderen van exoplaneet-atmosferen en fluorescentiemetingen aan biologisch materiaal.

 

Gerelateerd nieuws

Robottextiel  kan mensen helpen ademen

Robottextiel kan mensen helpen ademen (video)

Een nieuw soort vezel kan worden verwerkt tot kleding die voelt hoeveel het wordt uitgerekt of samengedrukt, en dan onmiddellijk voelbare feedback geeft in de vorm van druk, zijwaartse rek of vibratie. Dergelijke stoffen…

FME steunt elektrificatie oproep aan het kabinet

FME steunt elektrificatie oproep aan het kabinet

Elektrificatie – zowel direct, als indirect via waterstof – is een belangrijke weg om de Nederlandse industrie vergaand te verduurzamen. Het aanleggen van deze route gaat echter te traag. FME steunt daarom de oproep…

Gerecycleerde lithiumbatterijen even goed - en soms zelfs beter - als nieuwe

'Gerecycleerde lithiumbatterijen even goed - en soms zelfs beter - als nieuwe'

Lithium-ionbatterijen, met hun gebruik van riskant gedolven metalen, bezoedelen het groene imago van EV's. Recycling om die waardevolle metalen terug te winnen, zou de sociale en ecologische impact van mijnbouw…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Güdel Benelux
Güdel Benelux

Lineaire aandrijf componenten en oplossingen

Orfa Visser BV
Orfa Visser BV

Gespecialiseerd in Forceren, Dieptrekken, Flenswalsen, Lassen en Apparatenbouw.

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

10 november 2021

Google Innovation Bootcamp

Een online internationaal evenement op het gebied van infra, data en workspace.

10 november 2021

Precisiebeurs

Het jaarlijkse ontmoetingsmoment voor professionals uit de precisietechnologie.

16 november 2021, München

productronica

Productronica will show what opportunities the electrification of the automotive industry offers the...

Meer agendapunten »