Исследователи из американского Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) создали самую высокочувствительную на сегодняшний день камеру, пиксели которой представляют собой датчики, способные улавливать единичные фотоны света. На матрице этой камеры находится более тысячи пикселей и она предназначена для установки на космических телескопах следующего поколения, где при ее помощи будут производиться поиски химических признаков жизни на других планетах, поиски неуловимой темной материи, на долю которой приходится большая часть от всей материи Вселенной.
Каждый пиксель новой камеры представляет собой нанопроводник из вольфрама и кремния, длиной 3.5 миллиметра, 180 нанометров шириной и 3 нанометра толщиной. Эти нанопроводники располагаются на кремниевой подложке, а соединяют их с “внешним миром” проводные соединения из сверхпроводящего ниобия. Такое строение пикселей камеры обеспечивает наилучшие на сегодняшний день показатели скорости, эффективности и диапазона цветопередачи. Подобные датчики уже были использованы специалистами NIST ранее для изучения явления квантовой запутанности, которое Альберт Эйнштейн называл “призрачным действием на расстоянии”.
Кроме этого, новый тип светочувствительных датчиков отличается очень малым уровнем собственных шумов, что исключает возможность ложных срабатываний и искажения данных. Эта особенность крайне важная для поисков темной материи и космической астрономии, там, где необходимо улавливать единичные фотоны с самой малой энергией, фотоны, находящиеся в самом дальнем конце инфракрасного диапазона.
Камера NIST является маленькой по габаритным размерам, ее кристалл представляет собой квадрат со стороной 1.6 миллиметра, на котором размещено 1024 датчиков в виде матрицы 32 на 32 пикселя. При таком плотном расположении пикселей исследователи NIST сначала столкнулись с проблемой перегрева кристалла камеры, но позже, путем расширения электрических проводников цепей считывания информации, эта проблема была успешно решена.
Сейчас исследователи уже добились того, что на выходе из производственной технологической линии получается 99,5% полностью работоспособных датчиков. Следующими шагами, которые намерены сделать ученые, станет повышение эффективности датчиков-пикселей для того, что поднять их чувствительность в граничных диапазонах. И только после этого исследователи планируют приступить к созданию больших вариантов камер, количество пикселей в которых будет исчисляться миллионами.
И в заключение следует отметить, что параметры новой камеры были измерены в Лаборатории НАСА по изучению реактивного движения (NASA Jet Propulsion Laboratory, JPL) и в Калифорнийском технологическом институте. Ведь только там имеется вся необходимая для таких измерений электроника, которая используется сейчас для разработки и реализации систем оптической связи в условиях дальнего космоса.