推动粒子探测器的发展：新设备的作用就像超导开关

在揭示宇宙中最微小成分的隐藏秘密的粒子对撞机中，微小的粒子在巨大的碰撞中产生时会留下极其微弱的电迹。这些设施中的一些探测器使用超导性&mdash；在低温下以零电阻载电的现象&mdash；以发挥作用

为了让科学家更准确地观察这些粒子的行为，这些微弱的电信号或电流需要通过一种能够将微弱的电闪烁转化为真正震动的仪器来倍增

美国能源部阿贡国家实验室的科学家开发了一种新的设备，可以作为“电流倍增器”。这种设备被称为纳米低温管，是一种机制的原型，可以将粒子的电信号提高到足够高的水平，使其暂时关闭材料的超导性，本质上创造一种开关

“我们正在获取一个小信号，并用它来触发一个电级联，”阿贡的Maria Goeppert-Mayer研究员之一、该研究的作者Tomas Polakovic说。“我们将把这些探测器的非常小的电流引导到开关设备中，然后可以用来切换更大的电流。”

由于涉及高磁场，为对撞机实验准备纳米低温管需要更多的工作。虽然今天的粒子探测器可以承受几特斯拉强度的磁场，但这种开关的性能在高磁场中会下降

该研究的另一位作者、阿贡大学研究生助理Timothy Draher说：“找到使该设备在更高磁场中工作的方法是将其纳入实际实验的关键。”

为了实现这一点，研究人员计划改变材料的几何形状，并引入缺陷或小孔。这些缺陷将有助于研究人员稳定材料中的小型超导涡流，其运动可能导致超导性的意外破坏

纳米低温管是通过使用电子束光刻技术创建的，这是一种使用电子束去除聚合物膜以暴露特定感兴趣区域的模板技术。然后使用等离子体离子蚀刻来蚀刻该感兴趣区域

根据该研究的另一位作者、阿贡物理学家Valentine Novosad的说法，这种新设备也可以作为一种电子逻辑电路的基础

“这项工作对对撞机实验尤其重要，比如将在布鲁克海文国家实验室的电子离子对撞机上进行的实验。在那里，靠近光束的超导纳米线探测器需要对磁场免疫的微电子技术，”阿贡杰出研究员兼小组组长蔡恩·埃德丁·梅齐亚尼说

一篇基于这项研究的论文“磁场中平行通道纳米冷冻管的设计和性能”发表在《应用物理快报》杂志上。除了Draher、Zein Eddine、Polakovic和Novosad，作者还包括Yi Li、John Pearson、Alan Dibos和Zhili Xiao