Aalto-yliopiston ja VTT:n tutkijat ovat rakentaneet kultapalladiumista nanokokoisen lämmitykseen perustuvan säteilyilmaisimen eli bolometrin.
Nanolaite on tutkijoiden mukaan maailman vähäkohinaisin. Lisäksi se on sata kertaa nopeampi kuin edeltäjänsä.
Taiteilijan näkemys uutuuslaitteesta. Kuva: Ella Maru Studio.
”Uusi säteilyilmaisin on äärimmäisen herkkä, ja kohina eli signaalin poukkoilu oikean arvon ympärillä on vain kymmenesosa parhaan kilpailijan kohinasta”, kertoo Mikko Möttönen, joka toimii Aalto-yliopiston ja VTT:n yhteisprofessorina kvanttiteknologian alalla.
Uudella bolometrilla voidaan mitata sähkömagneettisen säteilyn tehoa reaaliaikaisesti. Saman ryhmän vuonna 2016 kokoama ilmaisin piti asettaa alkutilaan aina ennen uutta mittausta.
Uutuuslaite valmistettiin ensiksi kullasta. Se kuitenkin hajosi muutamassa viikossa, sillä kulta ei sovi yhteen alumiinin kanssa, jota käytetään ilmaisimessa suprajohteena.
Siksi tutkijat päätyivät käyttämään kultapalladiumseosta, joka on hyvin kestävä mutta bolometreissa harvinainen materiaali.
Materiaalin lisäksi poikkeuksellista on laitteen erittäin pieni koko.
”Säteilyilmaisimen keskellä kulkeva nanolanka on vain noin mikrometrin pituinen, parisataa nanometriä leveä ja muutama kymmenen nanometriä paksu”, kuvailee tohtorikoulutettava Roope Kokkoniemi Aalto-yliopistosta.
Väritetty elektronimikroskooppikuva bolometrista. Vasemman alakulman tumma kohta esittää 1,3 mikrometriä pitkää ralstonia mannitolilytica -bakteeria. Kuva: Roope Kokkoniemi
Pienuudesta on etua. Kun ilmaisimen lämpökapasiteetti on pieni, heikosta säteilystä saadaan enemmän signaalia.
Sopii ehkä myös kvanttitietokoneisiin
Säteilyilmaisimia käytetään laajasti muun muassa rakennusalalla lämpökameroissa sekä satelliiteissa kosmisen säteilyn mittaamisessa. Tutkijoiden mukaan ne voivat löytää tiensä myös kvanttitietokoneisiin.
”Kvanttitietokoneet toimivat kryostaateissa eli äärimmäisen kylmissä superpakastimissa. Niissä pienikin ylimääräinen säteily tuottaa paljon häiriötä. Koska nanobolometri on hyvin herkkä, sillä voisi kätevästi mitata säteilyn tasoa ja vähentää sitä paremmilla suojauksilla”, Mikko Möttönen sanoo.
Nanoilmaisinta voitaisiin hyödyntää myös kvanttitietokoneen bittien eli kubittien tilan mittaamisessa. Sitä varten laitetta pitää vielä hioa.
”Jotta kvantti-informaatiota voidaan lukea useita kertoja peräkkäin ilman, että informaatio ehtii mittausten välissä kadota, bolometrin nopeutta täytyy lisätä vielä noin satakertaiseksi.”
Tutkimuksen julkaisi Communications Physics.
