Cientista Varun Verma no laboratório de desenvolvimento do NIST.
Os cientistas do National Institute of Standards and Technology – NIST
criaram recentemente uma das câmeras com o maior desempenho já
conseguido, composta por sensores que contam fótons únicos ou partículas
de luz.
A câmera é composta por sensores feitos de nanofios supercondutores,
que podem detectar fótons únicos. Segundo os cientistas, a câmera
poderia ser usada em futuros telescópios espaciais, procurando sinais
químicos de vida em outros planetas, e em novos instrumentos projetados
para procurar a indescritível ‘matéria escura‘ que acredita-se constituir a maioria das ‘coisas’ presentes no Universo.
Curiosamente, os detectores de nanofios têm as menores taxas de
contagem escura de qualquer sensor de fótons. Enquanto isso, eles podem
ignorar sinais falsos gerados por ruído. Esse recurso é especialmente
útil ao procurar matéria escura.
O tamanho da câmera é de 1,6 milímetros de comprimento. Ela possui
1.024 sensores (32 colunas por 32 linhas) para criar imagens de alta
resolução.
Os cientistas usaram um processo complicado para desenvolver esta
câmera. Os nanofios, feitos de uma liga de tungstênio e silício, têm
cerca de 3,5 milímetros de comprimento, 180 nanômetros (nm) de largura e
3 nm de espessura. A fiação é feita de nióbio supercondutor.
O principal desafio foi descobrir como coletar e obter resultados de
tantos detectores sem superaquecer. Os especialistas expandiram uma
arquitetura de “leitura” que demonstraram anteriormente com uma câmera
menor de 64 sensores, que inclui informações das linhas e colunas, o que
dá um passo em direção ao atendimento das necessidades da NASA.
O engenheiro de eletrônica do NIST, Varun Verma, disse:
Minha principal motivação para fabricar a câmera é o projeto Telescópio Espacial Origins da NASA, que está estudando o uso dessas matrizes para analisar a composição química de planetas que orbitam estrelas fora do nosso sistema solar. Cada elemento químico na atmosfera do planeta absorveria um conjunto único de cores.
A ideia é observar os espectros de absorção de luz que passam pela borda da atmosfera de um exoplaneta enquanto ele transita na frente de sua estrela-mãe. As assinaturas de absorção informam sobre os elementos na atmosfera, particularmente aqueles que podem dar início à vida, como água, oxigênio e dióxido de carbono. As assinaturas desses elementos estão no espectro de infravermelho médio ao distante, e ainda não existem matrizes de detectores de contagem de fótons para áreas grandes para essa região do espectro, por isso recebemos uma pequena quantia de financiamento da NASA para ver se podemos ajudar a resolver esse problema.
O desempenho da câmera foi medido pelo Jet Propulsion Laboratory (JPL)
no Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena, Califórnia. O JPL
possui a eletrônica necessária devido ao seu trabalho em comunicações
ópticas no espaço profundo. O trabalho foi apoiado pela NASA e pela
Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa. Os resultados são
relatados na revista Optic Express.
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