Superconducting nanowire single-photon detector
சூப்பர் கண்டக்டிங் நானோவைர் சிங்கிள் ஃபோட்டான் டிடெக்டர் (எஸ்என்எஸ்பிடி அல்லது எஸ்எஸ்பிடி) என்பது ஒரு வகை ஒளியியல் மற்றும் அருகிலுள்ள அகச்சிவப்பு சிங்கிள் ஃபோட்டான் டிடெக்டர் ஆகும், இது தற்போதைய பக்கச்சார்பான சூப்பர் கண்டக்டிங் நானோவைரை அடிப்படையாகக் கொண்டது. இது முதன்முதலில் மாஸ்கோ மாநில கற்பித்தல் பல்கலைக்கழகம் மற்றும் ரோசெஸ்டர் பல்கலைக்கழக விஞ்ஞானிகளால் 2001 இல் உருவாக்கப்பட்டது. DARPA குவாண்டம் நெட்வொர்க்கின் ஒரு பகுதியாக தேசிய தரநிலைகள் மற்றும் தொழில்நுட்ப நிறுவனம் (போல்டர்) மற்றும் BBN டெக்னாலஜிஸ் ஆகியவற்றால் 2005 ஆம் ஆண்டில் முதல் முழுமையான செயல்பாட்டு முன்மாதிரி நிரூபிக்கப்பட்டது. 2023 ஆம் ஆண்டு நிலவரப்படி, ஒரு சூப்பர் கண்டக்டிங் நானோவைர் ஒற்றை-ஃபோட்டான் டிடெக்டர் ஃபோட்டான் எண்ணிக்கையின் வேகமான ஒற்றை-ஃபோட்டான் டிடெக்டர் (எஸ். பி. டி) ஆகும். இது குவாண்டம் ஒளியியல் மற்றும் ஒளியியல் குவாண்டம் தொழில்நுட்பங்களுக்கான ஒரு முக்கிய தொழில்நுட்பமாகும். மற்ற வகை ஒற்றை-ஃபோட்டான் கண்டறிதல்களுடன் ஒப்பிடும்போது, எஸ்என்எஸ்பிடிகள் மிக அதிக கண்டறிதல் திறன், மிகக் குறைந்த இருண்ட எண்ணிக்கை விகிதம் மற்றும் மிகக் குறைந்த நேர கிளர்ச்சியுடன் கிடைக்கின்றன. எஸ்என்எஸ்பிடிகள் சர்வதேச எலக்ட்ரோடெக்னிக்கல் கமிஷன் (ஐஇசி) சர்வதேச தரநிலைகளால் உள்ளடக்கப்பட்டுள்ளன. 2023 ஆம் ஆண்டு நிலவரப்படி, வணிக ரீதியான எஸ்என்எஸ்பிடி சாதனங்கள் மல்டிசேனல் அமைப்புகளில் 100,000 யூரோக்கள் விலை வரம்பில் கிடைக்கின்றன. செயல்பாட்டின் கோட்பாடு எஸ்என்எஸ்பிடி ஒரு மெல்லிய (≈ 5 என்எம்) மற்றும் குறுகிய (≈ 100 என்எம்) சூப்பர் கண்டக்டிங் நானோவைரைக் கொண்டுள்ளது. நீளம் பொதுவாக நூற்றுக்கணக்கான மைக்ரோமீட்டர்கள் ஆகும், மேலும் நானோவைர் ஒரு சிறிய மெல்லிய வடிவவியலில் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது, இது அதிக கண்டறிதல் செயல்திறனுடன் ஒரு சதுர அல்லது வட்ட பிக்சலை உருவாக்குகிறது. நானோவைர் அதன் சூப்பர் கண்டக்டிங் கிரிட்டிக்கல் வெப்பநிலைக்கு மிகவும் கீழே குளிர்விக்கப்படுகிறது மற்றும் நானோவைரின் சூப்பர் கண்டக்டிங் கிரிட்டிக்கல் மின்னோட்டத்திற்கு அருகில் ஆனால் குறைவாக இருக்கும் டிசி மின்னோட்டத்துடன் பக்கச்சார்பாக உள்ளது. நானோவயரில் ஒரு ஃபோட்டான் சம்பவம் கூப்பர் ஜோடிகளை உடைக்கிறது மற்றும் சார்பு மின்னோட்டத்திற்குக் கீழே உள்ள உள்ளூர் முக்கியமான மின்னோட்டத்தைக் குறைக்கிறது. இதன் விளைவாக வரையறுக்கப்பட்ட மின் எதிர்ப்புடன் உள்ளூர்மயமாக்கப்பட்ட சூப்பர் கண்டக்டிங் அல்லாத பகுதி அல்லது ஹாட்ஸ்பாட் உருவாகிறது. இந்த எதிர்ப்பு பொதுவாக ரீட்அவுட் பெருக்கியின் 50 ஓம் உள்ளீட்டு மின்மறுப்பை விட பெரியது, எனவே பெரும்பாலான சார்பு மின்னோட்டம் பெருக்கிக்கு மாற்றப்படுகிறது. இது அளவிடக்கூடிய மின்னழுத்த துடிப்பை உருவாக்குகிறது, இது 50 ஓம்களால் பெருக்கப்படும் சார்பு மின்னோட்டத்திற்கு சமம். பெருக்கி வழியாக பாயும் பெரும்பாலான சார்பு மின்னோட்டத்துடன், மேற்பார்வை அல்லாத பகுதி குளிர்ந்து சூப்பர் கண்டக்டிங் நிலைக்குத் திரும்புகிறது. நானோ கம்பிக்கு மின்னோட்டம் திரும்புவதற்கான நேரம் பொதுவாக நானோ கம்பியின் தூண்டல் நேர மாறிலியால் அமைக்கப்படுகிறது, இது நானோ கம்பியின் இயக்க தூண்டலை ரீட்அவுட் சுற்றுவட்டத்தின் மின்மறுப்பால் வகுப்பதற்கு சமம். சாதனத்தின் சரியான சுய-மீட்டமைப்புக்கு இந்த தூண்டல் நேர மாறிலி நானோவைர் ஹாட்ஸ்பாட்டின் உள்ளார்ந்த குளிரூட்டும் நேரத்தை விட மெதுவாக இருக்க வேண்டும். எஸ்என்எஸ்பிடி சூப்பர் கண்டக்டிங் டிரான்சிஷன் எட்ஜ் சென்சாரின் உள்ளார்ந்த ஆற்றல் அல்லது ஃபோட்டான்-எண் தெளிவுத்திறனுடன் பொருந்தவில்லை என்றாலும், எஸ்என்எஸ்பிடி வழக்கமான டிரான்சிஷன் எட்ஜ் சென்சார்களை விட கணிசமாக வேகமாக உள்ளது மற்றும் அதிக வெப்பநிலையில் செயல்படுகிறது. நேர-பின்னல் அல்லது மேம்பட்ட ரீட்அவுட் திட்டங்களின் மூலம் எஸ்என்எஸ்பிடி வரிசைகளில் ஃபோட்டான்-எண் தெளிவுத்திறனின் அளவை அடைய முடியும். பெரும்பாலான எஸ். என். எஸ். பி. டி. க்கள் சிதறிய நியோபியம் நைட்ரைடால் (என். பி. என்) தயாரிக்கப்படுகின்றன, இது ஒப்பீட்டளவில் அதிக சூப்பர் கண்டக்டிங் முக்கியமான வெப்பநிலையை (≈ 10 கே) வழங்குகிறது, இது 1 கே முதல் 4 கே வெப்பநிலை வரம்பில் எஸ். என். எஸ். பி. டி செயல்பாட்டை செயல்படுத்துகிறது (திரவ ஹீலியம் அல்லது நவீன மூடிய சுழற்சி கிரையோகூலர்களுடன் இணக்கமானது). NbN இன் உள்ளார்ந்த வெப்ப நேர மாறிலிகள் குறுகியவை, இது ஃபோட்டான் உறிஞ்சுதலுக்குப் பிறகு மிக விரைவான குளிரூட்டும் நேரத்தை அளிக்கிறது (<100 பிகோசெகண்டுகள்). சூப்பர் கண்டக்டிங் நானோவயரில் உறிஞ்சுதலை பல்வேறு உத்திகளால் அதிகரிக்க முடியும்ஃ ஒளியியல் குழியுடன் ஒருங்கிணைத்தல், ஃபோட்டோனிக் அலை வழிகாட்டியுடன் ஒருங்கிணைத்தல் அல்லது நானோஆன்டெனா கட்டமைப்புகளைச் சேர்ப்பது. என். பி. என், என். பி. டி. ஐ. என், டபிள்யூ. எஸ். ஐ மற்றும் எம். ஓ. எஸ். ஐ ஆகியவற்றில் உள்ள எஸ். என். எஸ். பி. டி குழி சாதனங்கள் ஃபைபர்-கபுல்ட் சாதனக் கண்டறிதல் செயல்திறனை 98 சதவீதத்திற்கும் அதிகமாக 1550 என். எம் அலைநீளத்தில் பத்து மெகா ஹெர்ட்ஸ் எண்ணிக்கை விகிதங்களுடன் நிரூபித்துள்ளன. ஒவ்வொரு டிடெக்டரிலும் ஒரு குறிப்பிட்ட அலைநீள வரம்பிற்கு கண்டறிதல் செயல்திறன் உகந்ததாக இருக்கும். இருப்பினும், நானோ வயர்களின் அதிக உள்ளூர்மயமாக்கப்பட்ட பகுதிகள் காரணமாக அவை பரவலாக வேறுபடுகின்றன, அங்கு சூப்பர் கண்டக்டிங் மின்னோட்டத்திற்கான பயனுள்ள குறுக்கு வெட்டு பகுதி குறைகிறது. எஸ்என்எஸ்பிடி சாதனங்களும் விதிவிலக்காக குறைந்த கிளர்ச்சியை நிரூபித்துள்ளன-ஃபோட்டான் வருகை நேரத்தில் நிச்சயமற்ற தன்மை-புலப்படும் அலைநீளங்களில் 3 பிகோசெகண்டுகள் வரை குறைவாக உள்ளது. ஃபோட்டான் ஆற்றல் குறைவதால் டைமிங் ஜிட்டர் அதிகரிக்கிறது மற்றும் 3.5 மைக்ரோமீட்டர் அலைநீளம் வரை சரிபார்க்கப்பட்டுள்ளது. நேரத்துடன் தொடர்புடைய ஒற்றை-ஃபோட்டான் எண்ணும் (டி. சி. எஸ். பி. சி) பயன்பாடுகளுக்கு டைமிங் ஜிட்டர் மிகவும் முக்கியமான பண்பு ஆகும். மேலும், எஸ்என்எஸ்பிடிகள் இருண்ட எண்ணிக்கையின் மிகக் குறைந்த விகிதங்களைக் கொண்டுள்ளன, அதாவது. கண்டறியப்பட்ட ஃபோட்டான் இல்லாத நிலையில் மின்னழுத்த துடிப்புகளின் நிகழ்வு. கூடுதலாக, டெட்டைம் (டிடெக்டர் உணர்திறன் இல்லாத ஒரு கண்டறிதல் நிகழ்வைத் தொடர்ந்து நேர இடைவெளி) ஒரு சில நானோ விநாடிகளின் வரிசையில் உள்ளது, இந்த குறுகிய டெட்டைம் மிக அதிக செறிவு எண்ணிக்கை விகிதங்களாக மொழிபெயர்க்கிறது மற்றும் ஒற்றை டிடெக்டருடன் ஆன்டிபன்ச்சிங் அளவீடுகளை செயல்படுத்துகிறது. இருப்பினும், நீண்ட அலைநீள ஃபோட்டான்களைக் கண்டறிவதற்கு, நிலையான எஸ்என்எஸ்பிடிகளின் கண்டறிதல் திறன் கணிசமாகக் குறைகிறது. அருகிலுள்ள அகச்சிவப்பு மற்றும் நடுத்தர அகச்சிவப்பு அலைநீளங்களில் கண்டறிதல் செயல்திறனை மேம்படுத்துவதற்கான சமீபத்திய முயற்சிகளில் குறுகிய (20 நானோமீட்டர் மற்றும் 30 நானோமீட்டர் அகலம்) என். பி. என் நானோ வயர்கள் பற்றிய ஆய்வுகள் மற்றும் என். பி. என் (டங்ஸ்டன் சிலிஸைடு, நியோபியம் சிலிஸைடு, மாலிப்டினம் சிலிஸைடு மற்றும் டாண்டலம் நைட்ரைடு) ஐ விட குறைந்த சூப்பர் கண்டக்டிங் முக்கியமான வெப்பநிலைகளைக் கொண்ட மாற்று சூப்பர் கண்டக்டிங் பொருட்கள் பற்றிய விரிவான ஆய்வுகள் அடங்கும். 10 மைக்ரோமீட்டர் அலைநீளம் வரை ஒற்றை ஃபோட்டான் உணர்திறன் சமீபத்தில் ஒரு டங்ஸ்டன் சிலிஸைடு எஸ்என்எஸ்பிடியில் நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. அணு அடுக்கு படிவு போன்ற மாற்று மெல்லிய படலம் படிவு நுட்பங்கள் ஸ்பெக்ட்ரல் வரம்பை விரிவுபடுத்துவதற்கும் எஸ். என். எஸ். பி. டி. களின் அளவிடுதலுக்கும் ஆர்வமாக உள்ளன. சில ஊக்கமளிக்கும் சமீபத்திய அறிக்கைகளுடன் எஸ்என்எஸ்பிடிகளுக்கு உயர் வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டர்கள் ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளன. காணக்கூடிய மற்றும் அருகிலுள்ள அகச்சிவப்பு நிறத்தில் சில ஒற்றை ஃபோட்டான் உணர்திறன் கொண்ட மெக்னீசியம் டைபோரைடிலிருந்து எஸ். என். எஸ். பி. டி. க்கள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. எஸ்என்எஸ்பிடிகளை பெரிய மல்டி பிக்சல் வரிசைகள் மற்றும் கேமராக்களாக அளவிடுவதில் கணிசமான ஆர்வமும் முயற்சியும் உள்ளது. ஒரு கிலோபிக்சல் எஸ்என்எஸ்பிடி வரிசை சமீபத்தில் பதிவாகியுள்ளது. ஒரு முக்கிய சவால் ரீட்அவுட் ஆகும், இது மல்டிபிளெக்சிங் அல்லது டிஜிட்டல் ரீட்அவுட் மூலம் சூப்பர் கண்டக்டிங் சிங்கிள் ஃப்ளக்ஸ் குவாண்டம் லாஜிக்கைப் பயன்படுத்தி தீர்க்கப்படலாம். பயன்பாடுகள் எஸ். என். எஸ். பி. டி. களின் ஆரம்ப பயன்பாட்டு செயல்விளக்கங்களில் பல குவாண்டம் விசை விநியோகம் மற்றும் ஆப்டிகல் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் போன்ற குவாண்டம் தகவல்களின் பகுதியில் உள்ளன. சிஎம்ஓஎஸ் சுற்றுவட்டத்தில் குறைபாடு பகுப்பாய்விற்கான அகச்சிவப்பு ஒளி உமிழ்வின் இமேஜிங், ஒற்றை ஃபோட்டான் உமிழ்ப்பான் தன்மை, லிடார், ஆன்-சிப் குவாண்டம் ஒளியியல், ஆப்டிகல் நியூரோமார்பிக் கம்ப்யூட்டிங், ஃபைபர் ஆப்டிக் வெப்பநிலை உணர்தல், ஆப்டிகல் டைம் டொமைன் பிரதிபலிப்பு, அயனி பொறி கியூபிட்களுக்கான ரீட்அவுட், குவாண்டம் பிளாஸ்மோனிக்ஸ், ஒற்றை எலக்ட்ரான் கண்டறிதல், ஒற்றை α மற்றும் β துகள் கண்டறிதல், ஒற்றை ஆக்ஸிஜன் ஒளிச்சேர்க்கை கண்டறிதல், ஆழமான விண்வெளி ஒளியியல் தொடர்பு, இருண்ட பொருள் தேடல்கள் மற்றும் எக்ஸோபிளானெட் கண்டறிதல் ஆகியவை பிற தற்போதைய மற்றும் வளர்ந்து வரும் பயன்பாடுகளில் அடங்கும். உலகெங்கிலும் உள்ள பல நிறுவனங்கள் ஒற்றை குவாண்டம், ஃபோட்டான் ஸ்பாட், ஸ்காண்டெல், குவாண்டம் ஓபஸ், ஐடி குவாண்டிக், ஃபோடெக் மற்றும் பிக்சல் ஃபோட்டோனிக்ஸ் உள்ளிட்ட சூப்பர் கண்டக்டிங் நானோ வயர்களின் அடிப்படையில் முழுமையான ஒற்றை-ஃபோட்டான் கண்டறிதல் அமைப்புகளை வெற்றிகரமாக வணிகமயமாக்குகின்றன. எஸ்என்எஸ்பிடி தொழில்நுட்பத்தை பரவலாக ஏற்றுக்கொள்வது 4 கே மற்றும் அதற்குக் குறைவான கிரையோகூலர்களின் முன்னேற்றங்களுடன் நெருக்கமாக இணைக்கப்பட்டுள்ளது, மேலும் எஸ்என்எஸ்பிடிகள் சமீபத்தில் மினியேச்சர் செய்யப்பட்ட அமைப்புகளில் நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளன. குறிப்புகள் துகள் கண்டறிதல் ஃபோட்டோ டிடெக்டர்கள் ரேடியோமெட்ரி சென்சார்கள் சூப்பர் கண்டக்டிங் டிடெக்டர்கள் குவாண்டம் ஆப்டிக்ஸ் சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டி ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் ஆப்டிகல் மெட்ராலஜி இன்ஜினியரிங்