Gli scienziati utilizzano rivelatori superconduttori (MKID) per catturare singoli fotoni provenienti da esopianeti. Gli MKID monitorano costantemente la propria induttanza cinetica, che cambia proporzionalmente all'energia di un fotone in arrivo. I ricercatori dell'Istituto olandese per la ricerca spaziale SRON hanno ora più che raddoppiato la loro risoluzione spettrale intrappolando nuovamente la maggior parte dell'energia trapelata. La ricerca è stata pubblicata su Revisione fisica applicata .

In un superconduttore a bassa temperatura, la maggior parte degli elettroni vive in coppia. Una corrente oscillante accelera e decelera queste coppie, dando luogo ad un effetto chiamato induttanza cinetica. Quando un fotone colpisce un superconduttore, la sua energia scorre attraverso il materiale, rompendo migliaia di coppie di elettroni. Una minore densità di coppie significa una maggiore induttanza cinetica.

Gli scienziati usano questa proprietà per rilevare singoli fotoni visibili e nel vicino infrarosso, per esempio da esopianeti, costruendo rivelatori superconduttori a singolo fotone sotto forma di risonatori a microonde, chiamati rivelatori di induttanza cinetica a microonde (MKID). Questi rivelatori misurano costantemente l'induttanza cinetica del loro materiale e deducono se un fotone ha colpito. E se così fosse, con quale lunghezza d'onda, in modo che ogni pixel possa misurare anche uno spettro. Pieter de Visser dello SRON Netherlands Institute for Space Research e colleghi hanno ora modificato il design degli MKID per ottenere un aumento di 2,5 volte della precisione con cui il dispositivo può misurare la lunghezza d'onda di un fotone.

Attualmente, i rivelatori convenzionali a singolo fotone sono circuiti superconduttori, depositato su uno spesso (> 300 μm) substrato di silicio o zaffiro. La risoluzione spettrale di questi rivelatori è limitata, perché parte dell'energia iniziale del fotone rilevato può disperdersi nel substrato attraverso onde acustiche, i fononi, prima di essere registrata. Questa perdita di energia aumenta la varianza statistica del segnale di induttanza cinetica utilizzato per rilevare un fotone, che amplia lo spettro misurato.

Nel loro dispositivo ridisegnato, De Visser e i suoi colleghi sostituiscono il substrato con una sottile membrana di nitruro di silicio (110 nm). Mostrano che i fononi che fuoriescono dal filo superconduttore in questa membrana si riflettono dalla superficie inferiore della membrana nel superconduttore. Lì finiscono il loro lavoro rompendo più coppie di elettroni. I ricercatori hanno ottenuto sperimentalmente poteri risolutivi di 52 e 19 per fotoni ottici e nel vicino infrarosso, rispettivamente. Per i MKID convenzionali questi numeri erano 21 e 10.

Ora hanno in programma di affrontare due sfide. In primo luogo per raggiungere una risoluzione spettrale ancora più elevata mediante un intrappolamento fononico più forte, utilizzando i cosiddetti cristalli fononici. In secondo luogo per applicare questo metodo a dispositivi con molti pixel, per creare strumenti adatti ad applicazioni astronomiche e biologiche, come lo studio dell'atmosfera degli esopianeti e le misurazioni della fluorescenza di campioni biologici.