Nanocryotron“超导开关”可增强探测器观察粒子时的灵敏度
在揭示宇宙中最微小成分秘密的粒子对撞机中，微小粒子在巨大的碰撞中产生时会留下极其微弱的电迹。这些设施中的一些探测器利用超导现象（一种在低温下以零电阻导电的现象）来发挥作用。
为了让科学家们更准确地观察这些粒子的行为，这些微弱的电信号或电流需要通过一种能够将微弱的电闪变为真正的震动的仪器来倍增。
电流倍增技术的进步
美国能源部（DOE）阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的科学家们开发出了一种新装置，它可以充当"电流倍增器"。这种装置被称为"Nanocryotron "，它是一种机制的原型，可以将粒子的电信号提升到足够高的水平，从而暂时关闭材料的超导性，本质上是创造了一种开关。
阿贡玛丽亚-戈珀特-迈尔研究员之一、该研究的作者托马斯-波拉科维奇说："我们正在利用一个微小的信号来触发一个电级联。我们将把这些探测器的微小电流导入开关设备，然后利用开关设备切换更大的电流"。
提高 Nanocryotron 性能
由于涉及到高磁场，要为对撞机实验准备好Nanocryotron还需要更多的工作。如今的粒子探测器可以承受几特斯拉强度的磁场，而这种开关的性能在高磁场中会下降。
该研究的另一位作者、阿贡研究生研究助理蒂莫西-德拉赫（Timothy Draher）说："找到使该设备在更高磁场中工作的方法，是将其纳入实际实验的关键。"
为了实现这一目标，研究人员计划改变材料的几何形状，引入缺陷或小孔。这些缺陷将帮助研究人员稳定材料中的小型超导漩涡，这些漩涡的移动会导致超导性的意外中断。
平行沟道超导Nanocryotron的假彩色扫描电子显微镜图像。蓝色表示地平面，灰色表示沟槽和纳米线间隙，绿色表示有效的氮化铌沟道，红色表示氮化铌栅到扼流圈的收缩。比例尺为 2 μm。资料来源：阿贡国家实验室
制作和潜在应用
Nanocryotron是通过电子束光刻技术制作的，这是一种模板技术，使用电子束去除聚合物薄膜，以暴露特定的感兴趣区域。然后使用等离子体离子蚀刻技术对感兴趣的区域进行蚀刻。
Draher 说："我们只是剥去暴露在外的部分，留下我们想要使用的设备。"
该研究的另一位作者、阿贡物理学家瓦伦丁-诺沃萨德（Valentine Novosad）认为，这种新装置还可以作为一种电子逻辑电路的基础。
"这项工作对于对撞机实验尤为重要，例如将在布鲁克海文国家实验室的电子-离子对撞机上进行的实验。Nanocryotron阿贡杰出研究员、小组负责人Zein-Eddine Meziani说："在那里，靠近光束的超导纳米线探测器需要对磁场免疫的微电子技术。"
根据这项研究撰写的论文"磁场中平行通道Nanocryotron的设计与性能"发表在2023年12月18日出版的《应用物理通讯》上。除德拉赫、蔡恩-埃丁、波拉科维奇和诺沃萨德外，论文作者还包括李毅、约翰-皮尔森、艾伦-迪博斯和肖志立。
编译自:ScitechDaily
