Micrografia do sensor da câmera, cujos píxeis detectam fótons únicos.
[Imagem: V. Verma/NIST]
Câmera de fótons únicos
Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) dos EUA construíram uma das câmeras de maior desempenho já fabricadas, graças ao uso de sensores capazes de detectar fótons únicos.
Com mais de 1.000 sensores, ou píxeis, a câmera está sendo desenvolvida com vistas aos futuros telescópios espaciais, que vão procurar sinais químicos de vida em outros planetas, e em novos instrumentos projetados para procurar a matéria escura que se acredita constituir a maior parte dos "coisas" no Universo.
A câmera é formada por sensores feitos de nanofios supercondutores, que podem detectar fótons únicos. Eles estão entre os melhores contadores de fótons em termos de velocidade, eficiência e variedade de sensibilidade de cores. Os sensores de fótons únicos estão entre as mais avançadas tecnologias quânticas - a equipe usou esses detectores para demonstrar a "ação fantasmagórica à distância" de Einstein, por exemplo.
Os sensores de nanofios também apresentaram as menores taxas de contagem escura de qualquer tipo de sensor de fótons, o que significa que eles não contam sinais falsos causados por ruído, em vez de fótons verdadeiros. Esse recurso é especialmente útil para pesquisas de matéria escura e astronomia espacial.
Fotografando vida em outros planetas
A câmera é minúscula em tamanho físico, um quadrado medindo 1,6 milímetro de um lado, contando com 1.024 sensores (32 colunas por 32 linhas) para criar imagens de "alta resolução" - ela vai crescer muito antes de ir ao espaço, é claro, lembrando que os sensores de fótons únicos representam uma tecnologia que vem se desenvolvendo nos últimos cinco anos.
O principal desafio foi encontrar uma maneira de agrupar e obter resultados de tantos detectores sem que eles apresentassem problemas de superaquecimento. Emma Wollman e seus colegas ampliaram uma arquitetura de leitura que demonstraram anteriormente com uma câmera menor, de 64 sensores, que adiciona dados das linhas e colunas, um passo em direção ao cumprimento dos requisitos da NASA.
"Minha principal motivação para fazer a câmera é o projeto Telescópio Espacial Origens da NASA, que está estudando o uso dessas matrizes para analisar a composição química de planetas que orbitam estrelas fora do nosso Sistema Solar," disse Varun Verma, membro da equipe.
Pelas exigências da NASA, o circuito supercondutor da câmera precisa funcionar no mesmo princípio dos CCDs das câmeras digitais normais.
[Imagem: Emma E. Wollman et al. - 10.1364/OE.27.035279]
Cor da vida
Cada elemento químico na atmosfera de um planeta absorve um conjunto único de cores, de forma que uma eventual "assinatura de vida" em um exoplaneta estará expresso em sua cor.
"A ideia é olhar para os espectros de absorção de luz que passam pela borda da atmosfera de um exoplaneta enquanto ele transita na frente de sua estrela-mãe," explicou Verma. "As assinaturas de absorção informam sobre os elementos da atmosfera, particularmente aqueles que podem ser devidos à vida, como água, oxigênio e dióxido de carbono. As assinaturas desses elementos estão no espectro infravermelho médio a distante e ainda não existem matrizes para detectores de contagem de fótons únicos de grandes áreas para essa região do espectro, por isso recebemos uma pequena quantia de financiamento da NASA para ver se poderíamos ajudar a resolver esse problema."
A equipe alcançou resultados excelentes para um primeiro protótipo, com 99,5% dos sensores funcionando corretamente. Mas a eficiência do detector no comprimento de onda desejado ainda é baixa. Aumentar a eficiência é o próximo desafio. Os pesquisadores também esperam fabricar câmeras ainda maiores - um milhão de sensores é um objetivo já no horizonte.
Bibliografia:
Artigo: Kilopixel array of superconducting nanowire single-photon detectors
Autores: Emma E. Wollman, Varun B. Verma, Adriana E. Lita, William H. Farr, Matthew D. Shaw, Richard P. Mirin, Sae Woo Nam
Revista: Optics Express
Vol.: 27, Issue 24, pp. 35279-35289 (2019)
DOI: 10.1364/OE.27.035279
FONTE: SITE INOVAÇÃO TECNOLOGICA
Comentários
Postar um comentário