Cientistas usam detectores supercondutores (MKIDs) para capturar fótons únicos vindos de exoplanetas. Os MKIDs monitoram constantemente sua própria indutância cinética, que muda proporcionalmente à energia de um fóton que chega. Pesquisadores do SRON Netherlands Institute for Space Research já mais do que dobraram sua resolução espectral capturando novamente a maior parte da energia vazada. A pesquisa foi publicada em Revisão Física Aplicada .

Em um supercondutor em baixa temperatura, a maioria dos elétrons vive em pares. Uma corrente oscilante acelera e desacelera esses pares, dando origem a um efeito denominado indutância cinética. Quando um fóton atinge um supercondutor, suas cascatas de energia através do material, quebrando milhares de pares de elétrons. Uma densidade mais baixa de pares significa uma indutância cinética mais alta.

Os cientistas usam esta propriedade para detectar fótons visíveis e infravermelhos próximos, por exemplo de exoplanetas, construindo detectores supercondutores de fóton único em forma de ressonadores de micro-ondas, chamados detectores de indutância cinética de micro-ondas (MKIDs). Esses detectores medem constantemente a indutância cinética de seu material e deduzem se um fóton foi atingido. E se, com que comprimento de onda, para que cada pixel também possa medir um espectro. Pieter de Visser do SRON Netherlands Institute for Space Research e colegas agora modificaram o projeto dos MKIDs para alcançar um aumento de 2,5 vezes na precisão com a qual o dispositivo pode medir o comprimento de onda de um fóton.

Atualmente, detectores convencionais de fóton único são circuitos supercondutores, depositado em uma espessura (> 300 μm) substrato de silício ou safira. A resolução espectral desses detectores é limitada, porque parte da energia inicial do fóton detectado pode vazar para o substrato por meio de ondas acústicas - fônons - antes de ser registrada. Esta perda de energia aumenta a variância estatística do sinal de indutância cinética usado para detectar um fóton, que amplia o espectro medido.

Em seu dispositivo redesenhado, De Visser e seus colegas substituem o substrato por uma membrana fina de nitreto de silício (110 nm). Eles mostram que os fônons que escapam do fio supercondutor para esta membrana refletem da superfície inferior da membrana de volta para o supercondutor. Lá eles terminam seu trabalho separando mais pares de elétrons. Os pesquisadores alcançaram experimentalmente poderes de resolução de 52 e 19 para fótons ópticos e infravermelhos próximos, respectivamente. Para MKIDs convencionais, esses números eram 21 e 10.

Eles agora planejam enfrentar dois desafios. Em primeiro lugar, para alcançar uma resolução espectral ainda mais alta por meio de captura de fônons mais forte, usando os chamados cristais fonônicos. Em segundo lugar, para aplicar este método a dispositivos com muitos pixels, para criar instrumentos adequados para aplicações astronômicas e biológicas, como estudar a atmosfera de exoplanetas e medições de fluorescência de amostras biológicas.