超導開關創新   低溫奈米管為粒子探測器增壓

編譯／高晟鈞

阿貢國家實驗室近日宣稱所開發出的奈米低溫管（Nanocryotron），可以成功放大粒子探測器中的微弱電信號，這對於科學家透過對撞機實驗了解粒子有著巨大幫助。

對撞機發揮作用

對撞機（Colliders）是一種粒子加速器，可以將兩個粒子束聚集在一起，並以極高速讓具有高動能的粒子互相碰撞。對撞機實驗被用來讓物理學家測試不同粒子間的理論預測，包括暗物質的尋找、希格斯玻色子的性質，或是其他粒子物理學中未解的謎題。

微小的粒子在巨大的碰撞時，會留下極其微弱的電子足跡（Electrical traces），科學家們會使用具備「超導性」的探測器來更準確地觀察這些粒子的行為。而為了能更準確地對粒子進行觀察，這些微弱的電訊號和電流需要進一步的放大。

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奈米低溫管有助研究

阿貢國家實驗室的科學家Tomas Polakovic成功開發出一種可以充當「電流倍增器」的設備「奈米低溫管」，可以將粒子的電訊號提高的更高的水平，並充當材料超導性的開關，暫時關閉材料的超導性。

奈米低溫管是透過一種特殊模板印刷技術「電子束微影技術」（Electric beam Lithography）所創建的，其概念是使用電子束去除聚合物薄膜，以暴露特定的區域，接著使用等離子體蝕刻對該區域進行蝕刻。

由於對撞機實驗涉及高磁場，奈米低溫管需要幫助粒子探測器承受更高強度的磁場，避免其開關性能受到磁場影響而降低。對此，研究人員改變了奈米低溫管的幾何形狀，並引入缺陷與小孔，幫助穩定材料中的小型超導渦流，避免導致超導性的意外破壞。

這項工作對於撞機實驗尤其重要，幫助靠近光束放置的超導奈米線探測器成為不受磁場影響的微電子設備。

資料來源:ScItechDaily

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