Betere telecommunicatie dankzij supergeleidende detectoren
Een team van Nederlandse en Zwitserse onderzoekers is erin geslaagd om het oppervlak van een supergeleidende lichtdetector zeer nauwkeurig af te tasten. Deze nieuwe techniek maakt het mogelijk om het ontwerp van zulke detectoren te verbeteren. Enkele toepassingen van supergeleidende lichtdetectoren zijn communicatie met ruimtesondes, monitoring van kankertherapieën en versleutelde communicatie. Het onderzoek verscheen op 8 juli 2015 in het vakblad Nano Letters, en is uitgevoerd door wetenschappers van FOM, de Universiteit Leiden, de Technische Universiteit Eindhoven en de Universiteit van Zurich.
Lichtdetectoren kunnen afzonderlijke lichtdeeltjes – fotonen – waarnemen. Supergeleidende detectoren zijn speciaal geschikt voor dit doeleinde, omdat ze snel en betrouwbaar reageren op binnenkomend licht. Deze detectoren zijn de afgelopen jaren dan ook erg populair geworden, zowel in de wetenschap als in technologische toepassingen. Het probleem is echter dat de detectoren niet ieder foton dat binnenkomt, ook daadwerkelijk waarnemen. Tot nu toe was onduidelijk waarom dat zo is.
De onderzoekers hebben nu vastgesteld wat deze beperking veroorzaakt: bepaalde delen van de detector zijn minder goed in het waarnemen van lichtdeeltjes dan andere. Als een foton deze minder gevoelige plekken raakt, is de kans aanwezig dat de detector het deeltje niet waarneemt.
Nanodraad
In de lichtdetector zit een platte nanodraad, van zo'n 5 miljardsten van een meter dik, en 100 miljardsten van een meter breed. Deze draad zit heel precies opgevouwen, zodat hij een nauw opeengepakt, slingerend patroon vormt. Als een foton de draad raakt, ontstaat er plaatselijk een kleine spanningspiek die de detector razendsnel opmerkt. De onderzoekers ontdekten dat de randen van de draad gemakkelijker een foton detecteren dan het midden van de draad. Dat komt omdat er zich een klein draaikolkje van elektrische stroom moet vormen aan de rand van de draad, voordat detectie mogelijk is. Als het foton direct op de plek valt waar dit moet gebeuren, is het proces efficiënter dan als het foton ergens anders valt.
Belichtingstechniek
Het onderzoeksteam kwam tot deze conclusie door het oppervlak van de detector af te scannen met een speciaal voor dit onderzoek ontwikkelde belichtingstechniek. Zij belichtten de detector met twee verschillende soorten licht (polarisaties). Vervolgens trokken ze de resultaten van deze twee metingen van elkaar af. Zo ontstaat een beeld met een veel hoger contrast dan gebruikelijk, waardoor de onderzoekers details waar kunnen nemen die eerder niet te zien waren.
Het onderzoek is uitgevoerd als onderdeel van het FOM-programma 'Nanoscale Quantum Optics'.
Contact
Jelmer Renema, (071) 527 59 32.
Referentie
Position-Dependent Local Detection Efficiency in a Nanowire Superconducting Single-Photon Detector, Nano Letters . DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b01103.