Ученые Лаборатории сверхпроводниковой наноэлектроники, созданной по программе мегагрантов Минобрнауки России на базе НГТУ им. Р. Е. Алексеева, совместно с коллегами из Института физики микроструктур РАН изобрели уникальный детектор, способный улавливать одиночные микроволновые фотоны. Результаты этих исследований были опубликованы в престижном научном журнале Nature Communications.
В ходе исследований ученым удалось провести успешные тесты по детектированию фотонов. В качестве источника фотонов использовался объемный медный резонатор с изменяемой температурой. При нагреве резонатора в диапазоне температур от 20 до 80 мК, экспоненциально сильно меняется поток тепловых фотонов в диапазоне от 1 фотона за 1000 секунд до нескольких тысяч фотонов в секунду, что детектируется сенсором. Такой подход обеспечивает сверхнизкую скорость темнового счета 0,1 Гц, общую эффективность детектирования около 45% и ожидаемую рабочую полосу детектора порядка 1 ГГц.
Для создания микроволнового детектора одиночных фотонов ученые НГТУ использовали джозефсоновский переход сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник с гистерезисной вольт-амперной характеристикой. По словам ученых, изобретение стало настоящим прорывом в научном мире. Во-первых, появление детектора открывает новые перспективы в поисках аксионов, что приближает нас к разгадке тайны темной материи. А во-вторых, однофотонный детектор для гигагерцевого диапазона частот будет востребован в квантовых технологиях, которые считаются одним из самых перспективных направлений современной науки.
Напомним, что Лаборатория сверхпроводниковой наноэлектроники была создана в 2010 году в рамках программы мегагрантов Минобрнауки России на базе НГТУ им. Р. Е. Алексеева по инициативе профессора Чалмерского университета Леонида Кузьмина. Сотрудники лаборатории работают над серией проектов, связанных с созданием приемных криостатируемых устройств различных диапазонов волн, способных решать амбициозные задачи космологии.
В ходе исследований ученым удалось провести успешные тесты по детектированию фотонов. В качестве источника фотонов использовался объемный медный резонатор с изменяемой температурой. При нагреве резонатора в диапазоне температур от 20 до 80 мК, экспоненциально сильно меняется поток тепловых фотонов в диапазоне от 1 фотона за 1000 секунд до нескольких тысяч фотонов в секунду, что детектируется сенсором. Такой подход обеспечивает сверхнизкую скорость темнового счета 0,1 Гц, общую эффективность детектирования около 45% и ожидаемую рабочую полосу детектора порядка 1 ГГц.
Для создания микроволнового детектора одиночных фотонов ученые НГТУ использовали джозефсоновский переход сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник с гистерезисной вольт-амперной характеристикой. По словам ученых, изобретение стало настоящим прорывом в научном мире. Во-первых, появление детектора открывает новые перспективы в поисках аксионов, что приближает нас к разгадке тайны темной материи. А во-вторых, однофотонный детектор для гигагерцевого диапазона частот будет востребован в квантовых технологиях, которые считаются одним из самых перспективных направлений современной науки.
Напомним, что Лаборатория сверхпроводниковой наноэлектроники была создана в 2010 году в рамках программы мегагрантов Минобрнауки России на базе НГТУ им. Р. Е. Алексеева по инициативе профессора Чалмерского университета Леонида Кузьмина. Сотрудники лаборатории работают над серией проектов, связанных с созданием приемных криостатируемых устройств различных диапазонов волн, способных решать амбициозные задачи космологии.
Читать подробнее: Ученые НГТУ имени Алексеева изобрели детектор темной материи, Комсомольская правда, 30.04.2025
Источник фото: Управление информационной политики НГТУ Алексеева