ARCONS - камера, що використовує ефект надпровідності для того, щоб побачити глибини космосу в живих квітах
Переважна більшість камер, встановлених на наземних і космічних телескопах, бачать навколишній світ в чорно-білій формі, фотони світла ударяють в поверхню датчика, вивільняючи вільні електрони, які створюють крихітний електричний струм, який реєструється чутливими ланцюгами приймачів. Якщо енергія фотона знаходиться в діапазоні чутливості датчика, то це призводить до засвіченні пікселя, він стає білим. Для того, щоб побачити навколишнє середовище в кольоровому зображенні камери роблять по кілька чорно-білих знімків в різних частинах діапазону видимого світла. Це досягається за допомогою використання світлофільтрів зеленого, синього і червоного кольорів, або за допомогою інших, більш складних оптичних методів.
У новій камері ARCONS (Array Camera for Optical Near to IR Spectrophotometry) для формування кольорового зображення використаний зовсім інший підхід. Завдяки особливостям будови датчика ця камера здатна зареєструвати не тільки наявність або відсутність фотонів світла, датчик камери здатний виміряти точну енергію (довжину хвилі) і час реєстрації кожного одиничного фотона прибуває світла.
Серцем камери ARCONS, над створенням якої працювали вчені з Каліфорнійського університету, Лабораторії НАСА з вивчення реактивного руху, Оксфордського університету та Лабораторії Фермі, є 60-нанометровий шар нітриду титану (TiN), розташований на кремнієвій підкладці. Залежно від пропорції співвідношення кількості титану та азоту цей матеріал стає надпровідником при температурі близько 1 градуса за шкалою Кельвіна. При зменшенні відсоткової частки азоту температура переходу матеріалу в надпровідний стан зменшується, зменшується і ширина забороненої зони, потенційного бар'єру, який визначає високу чутливість датчика. У нітриду титану, що знаходиться в надпровідному прикордонному стані, ширина забороненої зони на три порядки менше, ніж аналогічний показник у звичайних напівпровідникових матеріалів.
Шар нітриду титану розбитий на матрицю 44 на 46 точок, кожен піксель матриці має свій власний індивідуально налаштований мікрохвильовий резонатор і микролинзу. Вся ця конструкція встановлена на вершині посудини Дьюара, що підтримує температуру датчика на рівні 0.1К і накрита однієї загальної лінзою. Конструкція і фізичний стан датчика обумовлює наявність цікавого ефекту, падаючий фотон світла не вибиває з матеріалу вільні електрони, він стає причиною руйнування пар електронів, так званих пар Купера, які є ключовим моментом явища надпровідності. Чим вище енергія фотона, тим більше куперовських пар він розбиває, що призводить до зникнення надпровідності і різкого збільшення електричного опору пікселя. А амплітуда і фаза зміни опору пікселя, у свою чергу, дозволяють одержати всі характеристики фотона світла.
Опитування і читання значення всіх 2024 пікселів датчика ARCONS здійснюється за допомогою мікрохвильового високочастотного мультиплексора, вихід якого підключений до одного єдиного вимірювального каналу. Кожен піксель може бути опитаний з частотою близько 2500 разів в секунду, передаючи точне значення кольору падаючого світла, який може перебувати в діапазоні від ультрафіолетового (100 нм), видимого і до інфрачервоного (більше 5000 нм) світла. Для порівняння, звичайні CCD-датчики, здатні реєструвати світло в діапазоні від 300 до 1000 нм, отримуючи, при цьому, лише чорно-білі зображення.
Камера ARCONS вже пройшла ряд випробувань, будучи встановленою на 5-метровому телескопі Palomar і 3-метровому телескопі Lick. А на другому зображенні можна побачити знімок галактики Arp 147, на вставці якого можна побачити знімок цієї галактики, зроблений космічним телескопом Hubble. Звичайно, роздільна здатність датчика ARCONS не йде ні в яке порівняння з роздільну здатність телескопа Hubble, але тут варто зробити знижку на те, що це лише експериментальна модель датчика, встановлена на наземному телескопі з дзеркалом, діаметром 5 метрів і фокусною відстанню в 17 метрів. Телескоп Hubble, що знаходиться в ідеальних умовах в космосі, при діаметрі дзеркала в 2.4 метра, має фокусну відстань 57.6 метра.
Датчик камери ARCONS є не єдиним подібним надпровідним датчиком, розробка якого ведеться в даний час. Існують і інші подібні проекти, засновані на технологіях Superconducting Tunnel Junctions і Transition Edge Sensors, які розробляються вченими інших наукових організацій.