Специалисты Нижегородского государственного технического университета (НГТУ им. Р. Е. Алексеева) при поддержке Российского научного фонда создали уникальный прототип счётчика фотонов микроволнового диапазона частот. Как сообщили в пресс-службе Минобрнауки РФ, изобретение может быть использовано для изучения «тёмной материи» — наименее исследованной части материального мира.
«Мы впервые в мире сделали столь чувствительный детектор, который может ловить одиночные и парные фотоны микроволнового диапазона. Ни у кого в мире детекторов с такими параметрами нет. В опубликованных нами результатах эффективность детектирования составляет несколько процентов, и мы работаем над тем, чтобы повысить эффективность до десятков процентов», — сообщил ТАСС ведущий научный сотрудник лаборатории сверхпроводниковой наноэлектроники центра квантовых технологий НГТУ Андрей Панкратов.
Полученное на новом приборе энергетическое разрешение — на четыре порядка лучше, чем у выпускаемых в настоящее время в России однофотонных детекторов инфракрасного диапазона частот, которые используются в системах квантовой передачи информации.
Как пояснил Панкратов, для улавливания фотонов лучше всего подходят алюминиевые «джозефсоновские» контакты.
«Детектор представляет из себя трехслойную наноструктуру. Вы берёте подложку из кремния, напыляете на неё слой алюминия. Площадь — микрон на микрон, даже меньше. Потом этот слой алюминия вы окисляете, напустив кислород, и у вас возникает туннельный барьер, тонкий окисел алюминия. А потом сверху напыляете ещё один слой. Получается структура: сверхпроводник — изолятор — сверхпроводник. Это требует нанолитографии и электронно-лучевого напыления», — рассказал учёный.
Детектор устанавливается на самой холодной плите криостата (специального лабораторного холодильника). В роли источника фотонов выступает обычный микроволновый синтезатор, давно используемый в науке.
«При комнатной температуре идёт сигнал внутрь криостата через коаксиальный кабель и доходит до самой холодной плиты температурой в 10 милликельвин. На ней стоит счётчик фотонов. Поскольку мы сигнал очень сильно ослабляем, он разваливается на поток фотонов. Достаточно энергии одного фотона, чтобы наш детектор дал «клик» с появлением конечного напряжения. Было ноль — стало 0,4 милливольта, это уже можно измерить», — рассказал Панкратов.
Изменяя порог чувствительности детектора, учёные начинают определять, одиночный фотон прилетел или два-три. С помощью таких приборов физики надеются узнать больше о «тёмной материи», которая пока, как отметил Панкратов, являет собой «гипотетические частицы, которые ещё никто не обнаружил».
