Свет оставляет след, даже когда его почти нет. Отдельный фотон — крошечный сгусток энергии — падает на кремниевую пластинку и выбивает горстку электронов. Беда в том, что горстка слишком мала, чтобы её заметить. Нужен усилитель.
Обычно сигнал усиливают, прикладывая напряжение к металлическим контактам на поверхности детектора. Но металл непрозрачен: он загораживает часть света и мешает электрическому полю равномерно пронизывать кремний. Авторы работы заменили металл на прозрачный электрод из оксида индия-олова (ITO) — того самого материала, из которого делают проводящие покрытия на сенсорных экранах. Этот слой пропускает свет и одновременно создаёт поле, направленное строго вглубь пластинки. Заряды, рождённые фотоном, не теряются на поверхности, а дружно дрейфуют в объём — и рождают более сильный импульс.
Устройство охлаждают до милликельвинов — тысячных долей градуса выше абсолютного нуля. В таком холоде кристаллическая решётка замирает, и даже слабый нагрев от поглощённого фотона становится заметен. Детектор превращается в сверхчувствительный термометр: измеряется не сам заряд, а тепло, которое он оставляет. Авторы изготовили первую партию таких приборов и проверили усиление на частицах и свете. Построенная модель точно описывает, как зависит усиление от напряжения и от того, насколько полно электрод покрывает поверхность.
Раньше для тех же задач требовалось напылять отдельный металлический контакт и отдельное просветляющее покрытие — два шага, два материала. Теперь обе функции выполняет один прозрачный слой. Процесс сборки становится проще, а детектор — дешевле и надёжнее. В экспериментах по поиску редких событий, где каждый фотон на счету, такая простота может стать решающей.
Оксид индия-олова настолько прозрачен, что его используют в иллюминаторах самолётов с подогревом: покрытие проводит ток и не даёт стёклам запотевать, оставаясь невидимым.
В романе «Солярис» Станислава Лема океан реагирует на мельчайшие кванты излучения — чувствительность, о которой мечтают создатели детекторов.