Schnelle, auf dem elektronischen Nichtgleichgewicht in supraleitenden dünnen Schichten basierende Detektoren

Auf dem elektronischen Nichtgleichgewicht basierende Detektoren sind wegen ihrer hohen Empfindlichkeit und Schnelligkeit bereits wichtiger Bestandteil vieler Anwendungen in Astronomie und Halbleiterindustrie. Die Weiterentwicklung derartiger Detektoren, die zusatzlich geringeres Rauschen und eine Energieauflosung aufweisen, ermoglicht eine Erweiterung des Anwendungsgebietes. Die von uns untersuchte Eigenschaft der supraleitenden nano-strukturierten Detektoren ist ein topologischer Ubergang zweiter Ordnung, bei dem sich Paare magnetischer Wirbel (Flussschlauche) mit entgegengesetzter Polaritat bilden. Wir zeigen, wie das Wirbelmedium zur Verbesserung des Detektionsvermogens der Sensoren genutzt werden kann. Durch induzierten Strom bewirkt das elektrische Feld einer elektromagnetischen Welle Oszillationen der Paare, die die bereits vorhandene, rein bolometrische Empfindlichkeit des Detektors vergrosern. Auch das Rauschen des Detektors lasst sich durch Beleuchtung andern. Die Absorption eines Lichtquants schwacht die Supraleitung lokal, was eine erhohte thermodynamische Zerstorrate der Paare an dieser Stelle zur Folge hat. Jedes zerstorte Paar fugt zur gesamten Rauschleistung des Detektors einen elektrischen Impuls hinzu. Dieser Effekt schafft die Grundlage fur ein Rauschbolometer. Wir stellen Aufbau und Funktionsweise verschiedener Sensoren vor, die Wirbelpaare zur Lichtdetektion verwenden. Als Mischer betrieben weist ein derartiger Sensor eine 20% erhohte Bandbreite im Zwischenfrequenzbereich vor. Als Bolometer erreicht der Sensor eine durch den Hintergrund limitierte Empfindlichkeit von 10 -14 W Hz -1/2 und als Einzelphotonendetektor zeigt der Sensor eine nutzbare Energieauflosung von 0,55 eV im infraroten Bereich.