Een team van Nederlandse (universiteiten van Leiden en Eindhoven) en Zwitserse onderzoekers is erin geslaagd om het oppervlak van een supergeleidende lichtdetector zeer nauwkeurig af te tasten. Deze nieuwe techniek kan het ontwerp van detectoren drastisch verbeteren. De detectoren hebben allerlei toepassingen, onder meer bij kwantum-informatietechnologie.

Waarnemen van fotonen heeft veel toepassingen

Lichtdetectoren kunnen afzonderlijke lichtdeeltjes - fotonen - waarnemen. Supergeleidende detectoren zijn speciaal geschikt voor dit doeleinde, omdat ze snel en betrouwbaar reageren op binnenkomend licht. Deze detectoren zijn de afgelopen jaren dan ook erg populair geworden, zowel in de wetenschap als in technologische toepassingen. Voorbeelden zijn communicatie tussen ruimtesondes en monitoring van kankertherapieen.

Op de foto: de crystoaat die voor de experimenten is gebruikt. Midden bovenaan het venster waardoor het licht een koude ruimte binnenkomt. De supergeleidende detectoren werken alleen bij hele lage temperaturen.

Minder gevoelige plekken

'Het probleem bij supergeleidende lichtdetectoren is echter dat ze niet ieder foton dat binnenkomt, ook echt waarnemen', vertelt Jelmer Renema, die vanuit de Universiteit Leiden betrokken is bij het onderzoek. 'Tot nu toe was onduidelijk waarom dat zo is. De onderzoekers hebben nu vastgesteld wat deze beperking veroorzaakt: bepaalde delen van de detector zijn minder goed in het waarnemen van lichtdeeltjes dan andere. Als een foton deze minder gevoelige plekken raakt, is de kans aanwezig dat de detector het deeltje niet waarneemt.'

Nanodraad

In de lichtdetector zit een platte nanodraad, van zo'n 5 miljardsten van een meter dik, en 100 miljardsten van een meter breed. Deze draad zit heel precies opgevouwen, zodat hij een nauw opeengepakt, slingerend patroon vormt. Als een foton de draad raakt, ontstaat er plaatselijk een kleine spanningspiek die de detector razendsnel opmerkt. De onderzoekers ontdekten dat de randen van de draad gemakkelijker een foton detecteren dan het midden van de draad. Dat komt doordat er zich een klein draaikolkje van elektrische stroom moet vormen aan de rand van de draad, voordat detectie mogelijk is. Als het foton direct op de plek valt waar dit moet gebeuren, is het proces efficienter dan als het foton ergens anders valt.