Suprajohtavia kameroita haluttaisiin käyttää esimerkiksi avaruustutkimuksessa, koska ne pystyvät erottamaan yksityiskohtia erittäin heikosta valosta. NIST eli National Institute of Standards and Technology on nyt kehittänyt suprajohtavan kameran, joka on 400 kertaa kaikkia aikaisempia tarkempi.
Suprajohtava kamera pystyy havaitsemaan jokaisen yksittäisen fotonin. Laitteitakin on ollut tarjolla jo parinkymmenen vuoden ajan, mutta NIST:n uusi kamera sisältää 400 000 pikseliä. Innovaation uskotaan avaavan uusia mahdollisuuksia sekä tähti- että lääketieteessä.
NIST:n kamera koostuu ultraohuista sähköjohtoverkoista, jotka on jäähdytetty lähelle absoluuttista nollaa ja joissa virta liikkuu ilman vastusta, kunnes fotoni iskee johtoon. Näissä suprajohtavissa nanolankakameroissa jopa yhden fotonin välittämä energia voidaan havaita. Kuva muodostetaan yhdistämällä kaikkien fotonien kaikki sijainnit ja intensiteetit.
NIST:n tutkijoiden mukaan 400 000 pikselin suprajohtavan kameran luominen oli äärimmäinen iso haaste, koska olisi lähes mahdotonta liittää jokainen tuhansista jäähdytetyistä pikseleistä omaan lukujohtoonsa. Ongelmia aiheuttaa se, että kameran jokainen suprajohtava komponentti on jäähdytettävä erittäin alhaisiin lämpötiloihin toimiakseen kunnolla.
Tutkijat Adam McCaughan ja Bakhrom Oripov sekä heidän yhteistyökumppaninsa NASAn Jet Propulsion Laboratoryssa Kalifornian Pasadenassa ja Boulderin yliopistossa Coloradossa ratkaisivat ongelman yhdistämällä signaalit monista pikseleistä vain muutamaan huonelämpötilan mittausjohtoon.
Minkä tahansa suprajohtavan langan yleinen ominaisuus on, että se antaa virran kulkea vapaasti tiettyyn maksimivirtaan asti. Hyödyntämään tätä ominaisuutta tutkijat syöttivät antureille virtaa, joka on hieman alle maksimiarvon. Jos edes yksi fotoni iskee pikseliin, se tuhoaa suprajohtavuuden. Virta ei enää pysty kulkemaan ilman vastusta nanolangan läpi, ja sen sijaan se ohjataan pieneen resistiiviseen lämmityselementtiin, joka on kytketty jokaiseen pikseliin. Shunttivirta luo sähköisen signaalin, joka voidaan havaita nopeasti.
NIST:n tiimi rakensi kameran siten, että siinä on risteäviä suprajohtavia nanolankoja, jotka muodostavat useita rivejä ja sarakkeita. Jokainen pikseli eli yksittäisten pysty- ja vaakasuuntaisten nanolankojen risteyskohta on yksilöllisesti määritelty sijaintinsa mukaan. Tämän ansiosta ryhmä pystyi mittaamaan signaaleja, jotka tulevat kokonaisesta pikselirivistä tai -sarakkeesta kerrallaan, sen sijaan, että ne olisivat tallentaneet tietoja jokaisesta yksittäisestä pikselistä. Tämä kutisti merkittävästi lukujohtojen määrää ja teki koko kameran toteutuksen käytännössä mahdolliseksi.
