Les scientifiques utilisent des détecteurs supraconducteurs (MKID) pour capturer des photons uniques provenant d'exoplanètes. Les MKID surveillent en permanence leur propre inductance cinétique, qui change proportionnellement à l'énergie d'un photon entrant. Les chercheurs de l'Institut néerlandais de recherche spatiale SRON ont maintenant plus que doublé leur résolution spectrale en piégeant à nouveau la majeure partie de l'énergie qui a fui. La recherche a été publiée dans Examen physique appliqué .

Dans un supraconducteur à basse température, la plupart des électrons vivent par paires. Un courant oscillant accélère et décélère ces couples, donnant lieu à un effet appelé inductance cinétique. Lorsqu'un photon frappe un supraconducteur, son énergie cascade à travers le matériau, briser des milliers de paires d'électrons. Une densité de paires plus faible signifie une inductance cinétique plus élevée.

Les scientifiques utilisent cette propriété pour détecter des photons uniques visibles et dans le proche infrarouge, par exemple des exoplanètes, en construisant des détecteurs supraconducteurs monophotoniques sous forme de résonateurs hyperfréquences, appelés détecteurs d'inductance cinétique hyperfréquence (MKID). Ces détecteurs mesurent en permanence l'inductance cinétique de leur matériau et en déduire si un photon a frappé. Et si oui, avec quelle longueur d'onde, de sorte que chaque pixel puisse également mesurer un spectre. Pieter de Visser de l'Institut néerlandais de recherche spatiale SRON et ses collègues ont maintenant modifié la conception des MKID pour augmenter de 2,5 fois la précision avec laquelle l'appareil peut mesurer la longueur d'onde d'un photon.

Actuellement, les détecteurs monophotoniques classiques sont des circuits supraconducteurs, déposé sur une couche épaisse (> 300 m) substrat de silicium ou de saphir. La résolution spectrale de ces détecteurs est limitée, parce qu'une partie de l'énergie initiale du photon détecté peut s'échapper dans le substrat par des ondes acoustiques (les phonons) avant qu'il ne soit enregistré. Cette perte d'énergie augmente la variance statistique du signal cinétique-inductance utilisé pour détecter un photon, ce qui élargit le spectre mesuré.

Dans leur appareil repensé, De Visser et ses collègues remplacent le substrat par une fine membrane de nitrure de silicium (110 nm). Ils montrent que les phonons s'échappant du fil supraconducteur dans cette membrane se réfléchissent de la surface inférieure de la membrane dans le supraconducteur. Là, ils terminent leur travail en cassant plus de paires d'électrons. Les chercheurs ont atteint expérimentalement des pouvoirs de résolution de 52 et 19 pour les photons optiques et proche infrarouge, respectivement. Pour les MKID conventionnels, ces nombres étaient 21 et 10.

Ils prévoient maintenant de relever deux défis. Premièrement pour atteindre une résolution spectrale encore plus élevée grâce à un piégeage des phonons plus puissant, utilisant des cristaux dits phononiques. Deuxièmement, pour appliquer cette méthode aux appareils avec de nombreux pixels, créer des instruments adaptés aux applications astronomiques et biologiques, telles que l'étude de l'atmosphère des exoplanètes et les mesures de fluorescence d'échantillons biologiques.