Простая модификация увеличила разрешающую способность датчиков фотонов в два раза. Устройство, описанное в журнале Physical Review Letters, поможет изучить экзопланеты.

Физики из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре усовершенствовали детекторы фотонов. Новый метод существенно сокращает потери энергии, увеличивая спектральную разрешающую способность устройства. Исследователи считают, что модернизированные датчики будут обнаруживать свет, отраженный от поверхности экзопланет, а не только рассеянный их атмосферами.

Исследователи модифицировали микроволновые детекторы кинетической индуктивности (МКИД). Эти датчики используют фотоэффект. Фотон, попадая в датчик, сбивает электрон, который затем может быть обнаружен как сигнал, пригодный для обработки микропроцессором, объясняют разработчики.Как правило, МКИД — это сверхпроводник, расположенный на подложке. Исследователи обнаружили, что часть электронов из датчика «просачивается» в сапфировую подложку, снижая точность измерений. В своей работе исследователи показали, что тонкий слой металлического индия, помещенный между сверхпроводящим датчиком и подложкой, резко снижает утечку энергии, повышая разрешающую способность детектора фотонов.

Схема устройства. Желтый слой индия блокирует фотоны, но не препятствует свободному перемещению фононов с меньшей энергией. Источник: Nicholas Zobrist et al, Physical Review Letters

Физики протестировали новое устройство и обнаружили, что новый метод сократил погрешность измерения длины световой волны с 10% до 5%. Например, с помощью этой системы теперь можно измерять фотоны с длиной волны 1000 нм с точностью до 50 нм.

Разработчики полагают, что новые датчики помогут заглянуть внутрь экзопланет. Сейчас ученые могут проводить спектроскопию только для крошечного подмножества таких объектов. Планета должна пройти между своей звездой и Землей, и у нее должна быть плотная атмосфера, чтобы через нее проходило достаточно света для работы исследователей. И даже в таких условиях соотношение информации и шума очень высокое. Ученые считают, что датчики с высоким спектральным разрешением решат эту проблему.