Un detector de un solo fotón en el infrarrojo lejano

Área de la Ciencia:

• La espectroscopia es una técnica de espectroscopia.
• La electrónica cuántica es la electrónica cuántica.
• La fotónica es la fotónica.

Sus antecedentes:

• La región espectral del infrarrojo lejano (FIR) (10 microm-1 mm) es vital para la espectroscopia de rotación molecular y la espectroscopia vibratoria sólida / líquida / gaseosa.
• Las tecnologías actuales de detección de FIR, incluidos los bolómetros superconductores, carecen de la sensibilidad para la detección de un solo fotón, lo que dificulta la investigación.
• Las regiones visibles e infrarrojas cercanas logran el conteo de un solo fotón con tubos fotomultiplicadores, destacando una brecha en las capacidades de FIR.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un detector altamente sensible para fotones individuales de infrarrojo lejano (FIR).
• Para superar las limitaciones de los detectores FIR existentes y permitir el conteo de un solo fotón en este rango espectral.
• Mejorar los estudios espectroscópicos proporcionando un nuevo nivel de sensibilidad en la región FIR.

Principales métodos:

• Utilizó un transistor de un solo electrón (SET) basado en un punto cuántico semiconductor en un campo magnético alto.
• Operó el detector en el rango de longitudes de onda del infrarrojo lejano de 175-210 micras (6.0-7.1 meV).
• Flujo de fotones medido con una resolución de tiempo de un milisegundo sobre un área efectiva del detector de 0,1 mm2.

Principales resultados:

• Logró la detección de fotones individuales en el infrarrojo lejano.
• Demostró una sensibilidad sin precedentes, detectando un flujo incidente de 0,1 fotones por segundo, superando los valores anteriores en más de 10.000 veces.
• Se observó un nuevo mecanismo de detección en el que un solo fotón absorbido genera una corriente de 10^6-10^12 electrones a través del punto cuántico.

Conclusiones:

• El transistor de un solo electrón de punto cuántico de semiconductor desarrollado representa un avance significativo en la tecnología de detectores de infrarrojo lejano.
• Este nuevo detector logra una sensibilidad de un solo fotón, abriendo nuevas vías para la espectroscopia de alta resolución y la investigación física fundamental en el FIR.
• El mecanismo de detección no convencional ofrece una vía para la detección de fotones ultra-sensibles a través de varios rangos espectrales.