IT202100026432A1 - Method of controlling a superconducting electromagnetic radiation sensor and sensor implementing this method - Google Patents

Method of controlling a superconducting electromagnetic radiation sensor and sensor implementing this method Download PDF

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IT202100026432A1
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IT102021000026432A
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Federico Paolucci
Francesco Giazotto
Nadia Ligato
Elia Strambini
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Consiglio Nazionale Ricerche
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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Description

Descrizione dell?invenzione industriale dal titolo ?Metodo di controllo di un sensore superconduttivo di radiazioni elettromagnetiche e sensore che attua tale metodo? Description of the industrial invention entitled "Method of control of a superconducting sensor of electromagnetic radiation and sensor implementing this method?"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Ambito dell?invenzione Scope of the invention

[0001] La presente invenzione riguarda sensori superconduttivi di radiazioni elettromagnetiche ad alta sensibilit? utilizzabili, ad esempio, in campo di sicurezza e difesa, telescopi, computer quantistici, crittografia quantistica, ecc. [0001] Does the present invention concern highly sensitive superconducting electromagnetic radiation sensors? usable, for example, in the field of security and defense, telescopes, quantum computers, quantum cryptography, etc.

[0002] In particolare, l?invenzione si riferisce ad un metodo di misura di radiazioni elettromagnetiche mediante un sensore superconduttivo, ad un sensore superconduttivo che attua tale metodo, e ad un detector di radiazioni elettromagnetiche che contiene una schiera di sensori superconduttivi cos? realizzati. [0002] In particular, the invention refers to a method of measuring electromagnetic radiation by means of a superconducting sensor, to a superconducting sensor which implements this method, and to an electromagnetic radiation detector which contains an array of superconducting sensors as follows: made.

Descrizione della tecnica nota Description of the prior art

[0003] Sono noti sensori di radiazione ultrasensibili come, ad esempio, i Transition Edge Sensor (TES). La loro sensibilit? cresce al diminuire della temperatura di lavoro, e la loro realizzazione richiede l?utilizzo di superconduttori a temperatura critica (TC) molto bassa, e quindi difficili da sintetizzare con una Tc scelta a piacere. Inoltre, le loro propriet? sono determinate dai materiali utilizzati durante la loro fabbricazione e non possono essere modulate durante il funzionamento. TES di tecnica nota sono ad esempio descritti in US5090819, US5264375, US5880468. [0003] Ultrasensitive radiation sensors such as, for example, Transition Edge Sensors (TES) are known. Their sensitivity? grows as the working temperature decreases, and their realization requires the use of superconductors with very low critical temperature (TC), and therefore difficult to synthesize with a Tc chosen at will. Furthermore, their properties? are determined by the materials used during their manufacture and cannot be modulated during operation. TES of prior art are described for example in US5090819, US5264375, US5880468.

[0004] ? noto un sensore che ? un?evoluzione dei TES, denominato Josephson Escape Sensor (JES), descritto in ?Hypersensitive Tunable Josephson Escape Sensor for Gigahertz Astronomy?, [0004] ? I know a sensor that? an evolution of the TES, called Josephson Escape Sensor (JES), described in ?Hypersensitive Tunable Josephson Escape Sensor for Gigahertz Astronomy?,

Phys. Rev. Applied 14, 034055 ? 21/09/2020. In analogia al TES, anche il JES sfrutta il cambio di resistenza di un superconduttore durante la transizione allo stato dissipativo, per cui l'assorbimento di una radiazione anche molto debole, causando la transizione da regime superconduttivo a regime resistivo, fornisce un segnale rilevabile. Esso comprende due conduttori in Al uniti tra loro da una giunzione Josephson unidimensionale, costituita da un bilayer Al/Cu che formano una unit? completamente superconduttiva. Questa struttura fornisce caratteristiche di resistenza rispetto alla temperatura che possono essere controllate con precisione da una corrente di polarizzazione, permettendo quindi di controllare in situ la temperatura di lavoro o temperatura di fuga, e quindi la sensibilit?. Un sensore JES pu? funzionare alla temperatura critica del superconduttore con una potenza equivalente di rumore di circa 6?10<-20 >W/Hz<1/2 >e una risoluzione in frequenza di circa 100 GHz. Con uno JES ? possibile realizzare, polarizzandolo con correnti di iniezione maggiori e quindi abbassando la temperatura di fuga, bolometri in grado di misurare una potenza equivalente di rumore di fluttuazione termica intrinseca, dell'ordine di 10<-25 >W/Hz<1/2>. Inoltre, ? possibile realizzare calorimetri con una risoluzione in frequenza di circa 2 GHz. Phys. Rev. Applied 14, 034055 ? 09/21/2020. In analogy to the TES, the JES also exploits the change in resistance of a superconductor during the transition to the dissipative state, whereby the absorption of even very weak radiation, causing the transition from the superconducting to the resistive regime, provides a detectable signal. It comprises two Al conductors joined together by a one-dimensional Josephson junction, consisting of an Al/Cu bilayer forming a single unit. completely superconducting. This structure provides resistance versus temperature characteristics that can be precisely controlled by a bias current, thus allowing the working temperature or leakage temperature, and therefore sensitivity, to be controlled in situ. Can a JES sensor? operate at the critical temperature of the superconductor with an equivalent noise power of approximately 6?10<-20 >W/Hz<1/2 >and a frequency resolution of approximately 100 GHz. With a JES ? It is possible to create, by polarizing it with higher injection currents and therefore lowering the escape temperature, bolometers capable of measuring an equivalent power of intrinsic thermal fluctuation noise, of the order of 10<-25 >W/Hz<1/2>. Furthermore, ? It is possible to create calorimeters with a frequency resolution of approximately 2 GHz.

[0005] Un limite sia dei sensori TES attualmente proposti che del sensore JES ? che gli elettrodi laterali, che svolgono la funzione di specchi di Andreev, sono realizzati con un superconduttore con temperatura critica (Tc,e) molto pi? alta rispetto a quella della regione attiva (TC,RA), cio? TC,RA << TC,e, per fare in modo che le quasi-particelle ?calde? rimangano confinate nella regione attiva, consentendo quindi di massimizzare la sensibilit? del detector. [0005] A limitation of both the currently proposed TES sensors and the JES sensor? that the lateral electrodes, which act as Andreev mirrors, are made with a superconductor with a much higher critical temperature (Tc,e)? high compared to that of the active region (TC, RA), that is? TC,RA << TC,e, to ensure that the quasi-particles are ?hot? remain confined to the active region, thus allowing sensitivity to be maximized? of the detector.

[0006] La realizzazione di questi detector TES o JES, quindi, richiede necessariamente pi? step di fabbricazione per ottenere l?elemento sensibile (regione attiva) da un superconduttore o da un bilayer metallo normale/superconduttore, e per ottenere elettrodi laterali, seppur di spessore pari o comparabile, di larghezza molto maggiore e realizzati con un materiale superconduttivo con TC molto pi? alta (TC,RA << TC,e). [0006] The creation of these TES or JES detectors, therefore, necessarily requires more manufacturing step to obtain the sensitive element (active region) from a superconductor or from a normal metal/superconducting bilayer, and to obtain lateral electrodes, although of equal or comparable thickness, of much greater width and made with a superconducting material with TC much more? high (TC,RA << TC,e).

[0007] ? noto anche da US6812464 un Superconducting Single Photon Detector (SSPD) la cui regione attiva ? formata da un unico filo di un singolo materiale, ad esempio NbN, di dimensioni trasversali piccole, ma non unidimensionale, polarizzata vicino alla sua corrente critica. Nonostante questa geometria, che consente una pi? semplice fabbricazione e di raggiungere la sensibilit? di un TES, il sensore, oltre a richiedere di avere sia la regione attiva che le regioni circostanti alla temperatura critica, non riesce ad avere alta definizione e possibilit? di controllare in situ la sensibilit?. [0007] ? also known from US6812464 a Superconducting Single Photon Detector (SSPD) whose active region is? formed from a single wire of a single material, for example NbN, of small transverse dimensions, but not one-dimensional, polarized near its critical current. Despite this geometry, which allows for a more? simple manufacturing and achieving sensitivity? of a TES, the sensor, in addition to requiring both the active region and the surrounding regions at the critical temperature, is unable to have high definition and possibility? to check the sensitivity in situ.

Sintesi dell?invenzione Summary of the invention

[0008] Scopo dell?invenzione ? fornire un metodo di misura di radiazioni elettromagnetiche mediante un sensore superconduttivo che consenta accurate misure sia nella banda GHz che in quella THz e superiori, e che possa raggiungere elevata sensibilit? in tutta la banda dei GHz. [0008] Purpose of the invention? provide a method of measuring electromagnetic radiation using a superconducting sensor that allows accurate measurements in both the GHz and THz bands and higher, and which can achieve high sensitivity? throughout the GHz band.

[0009] ? un altro scopo dell?invenzione fornire un metodo di misura di radiazioni elettromagnetiche mediante un sensore superconduttivo che consenta di utilizzare il sensore sia ad elevata sensibilit? che a bassa e media sensibilit? al variare della corrente di iniezione. [0009] ? Another object of the invention is to provide a method of measuring electromagnetic radiation using a superconducting sensor which allows the sensor to be used with both high sensitivity and that at low and medium sensitivity? as the injection current varies.

[0010] ? un altro scopo dell?invenzione fornire un metodo di misura di radiazioni elettromagnetiche mediante un sensore superconduttivo che consenta un veloce ritorno allo stato superconduttivo dopo una rilevazione di radiazione elettromagnetica. [0010] ? Another object of the invention is to provide a method of measuring electromagnetic radiation using a superconducting sensor which allows a quick return to the superconducting state after a detection of electromagnetic radiation.

[0011] ? un altro scopo dell?invenzione fornire un metodo di misura di radiazioni elettromagnetiche mediante un sensore superconduttivo che consenta di operare sia con iniezione di corrente continua, sia con iniezione di corrente alternata. [0011] ? another object of the invention is to provide a method of measuring electromagnetic radiation using a superconducting sensor which allows operation with both direct current injection and alternating current injection.

[0012] ? un altro scopo dell?invenzione fornire un sensore superconduttivo che attui tale metodo. [0012] ? Another object of the invention is to provide a superconducting sensor that implements this method.

[0013] ? un altro scopo dell?invenzione fornire un siffatto sensore superconduttivo che sia di pi? semplice realizzazione rispetto ad analoghi sensori esistenti. [0013] ? It is another object of the invention to provide such a superconducting sensor that is more simple implementation compared to similar existing sensors.

[0014] ? un altro scopo dell?invenzione fornire un siffatto sensore superconduttivo che sia suscettibile di essere integrato in un array di sensori. [0014] ? It is another object of the invention to provide such a superconducting sensor that is capable of being integrated into a sensor array.

[0015] Questi ed altri scopi sono raggiunti da un metodo per misurare radiazioni elettromagnetiche nella banda GHz, THz o superiore comprendente le fasi di: [0015] These and other purposes are achieved by a method for measuring electromagnetic radiation in the GHz, THz or higher band comprising the steps of:

- predisporre una regione attiva, una regione di alimentazione e una regione di rilevazione; - prepare an active region, a power region and a detection region;

- disporre in detta regione attiva un induttore superconduttivo ed un elemento sensibile in serie tra loro, in cui detto elemento sensibile ? in un materiale superconduttore avente una temperatura critica predeterminata; - placing in said active region a superconducting inductor and a sensitive element in series with each other, wherein said sensitive element is? in a superconducting material having a predetermined critical temperature;

- disporre in detta regione di alimentazione una sorgente di corrente elettrica di iniezione in modo da formare un circuito elettrico chiuso con detto induttore superconduttivo e detto elemento sensibile, e alimentare con una predeterminata corrente elettrica costante che attraversi detto induttore superconduttivo e detto elemento sensibile; - placing in said power supply region a source of electric injection current so as to form a closed electric circuit with said superconducting inductor and said sensitive element, and feeding with a predetermined constant electric current which passes through said superconducting inductor and said sensitive element;

- disporre in detta regione di rilevazione un sensore di campo magnetico accoppiato con detto induttore superconduttivo e mantenere detta regione di rilevazione al di sotto di una seconda temperatura; - rilevare mediante detto sensore di campo magnetico variazioni di campo magnetico causate da variazioni di corrente che attraversino detto induttore superconduttivo e causate da una radiazione elettromagnetica incidente in detta regione attiva; - placing in said detection region a magnetic field sensor coupled with said superconducting inductor and maintaining said detection region below a second temperature; - detect by means of said magnetic field sensor variations in magnetic field caused by current variations passing through said superconducting inductor and caused by electromagnetic radiation incident in said active region;

- in cui detto elemento sensibile ? ottenuto mediante le seguenti fasi: - in which said sensitive element? obtained through the following steps:

- depositare un predeterminato materiale superconduttore in detta regione attiva in modo da formare un filamento monodimensionale, detto materiale superconduttore avendo una predeterminata temperatura critica, in cui detto materiale superconduttore ha una predeterminata lunghezza di coerenza superconduttiva, e detto filamento monodimensionale ha larghezza e spessore inferiore a detta lunghezza di coerenza superconduttiva, e determinare la corrente critica del filamento; - depositing a predetermined superconducting material in said active region so as to form a one-dimensional filament, said superconducting material having a predetermined critical temperature, wherein said superconducting material has a predetermined superconducting coherence length, and said one-dimensional filament has a width and thickness less than called the superconducting coherence length, and determine the critical current of the filament;

- depositare in detta regione attiva due elettrodi realizzati nel medesimo materiale superconduttore di detto filamento, detto filamento essendo disposto tra detti elettrodi e formando una struttura monolitica con detti elettrodi, detti elettrodi avendo spessore sostanzialmente uguale a detto filamento ed avendo larghezza almeno 10 volte maggiore di detto filamento, preferibilmente tra 20 e 50 volte la larghezza di detto filamento, - depositing in said active region two electrodes made of the same superconducting material as said filament, said filament being arranged between said electrodes and forming a monolithic structure with said electrodes, said electrodes having a thickness substantially equal to said filament and having a width at least 10 times greater than said filament, preferably between 20 and 50 times the width of said filament,

- mantenere detta prima temperatura al di sotto di detta temperatura critica; - maintaining said first temperature below said critical temperature;

- iniettare una corrente costante in detto elemento sensibile di intensit? inferiore od uguale alla corrente critica del filamento, in modo che detto filamento sia percorso da una corrente costante; - rilevare mediante detto sensore di campo magnetico accoppiato con detto induttore superconduttivo una variazione di campo magnetico generato da detta induttanza superconduttiva in seguito ad una variazione di corrente in detto elemento sensibile dovuta ad una transizione di detto filamento da una condizione superconduttiva ad una condizione resistiva per effetto di radiazioni elettromagnetiche che incidono su detto filamento. - inject a constant current into said intensity sensitive element? less than or equal to the critical current of the filament, so that said filament is crossed by a constant current; - detect by means of said magnetic field sensor coupled with said superconducting inductor a variation in the magnetic field generated by said superconducting inductance following a variation in current in said sensitive element due to a transition of said filament from a superconducting condition to a resistive condition for effect of electromagnetic radiation affecting said filament.

[0016] Applicando il metodo secondo l?invenzione, in modo analogo ai TES e allo JES, per effetto della corrente di iniezione che mantiene il filamento vicino alla temperatura di transizione dallo stato superconduttivo allo stato resistivo, ad detta anche temperatura di fuga, inferiore alla temperatura critica, quando avviene l?assorbimento di una radiazione elettromagnetica da parte dell?elemento sensibile, che pu? essere anche un singolo fotone, l?energia di tale radiazione ? sufficiente a causare la transizione. [0016] By applying the method according to the invention, in a similar way to TES and JES, due to the effect of the injection current which keeps the filament close to the transition temperature from the superconducting state to the resistive state, also called escape temperature, lower at the critical temperature, when electromagnetic radiation is absorbed by the sensitive element, which can be even a single photon, the energy of this radiation is enough to cause the transition.

Nell?istante in cui filamento dell?elemento sensibile effettua tale transizione dallo stato superconduttivo allo stato resistivo, si ha una conseguente brusca diminuzione della corrente circolante nel circuito, che viene misurata attraverso il sensore di campo magnetico accoppiato con detto induttore superconduttivo. At the moment in which the filament of the sensitive element makes this transition from the superconductive state to the resistive state, there is a consequent sharp decrease in the current circulating in the circuit, which is measured through the magnetic field sensor coupled with said superconducting inductor.

[0017] Secondo l?invenzione la transizione non avviene negli elettrodi laterali, che al momento della rilevazione si mantengono allo stato superconduttivo nonostante siano realizzati del medesimo materiale del filamento, grazie al fatto che il filamento almeno 10 volte maggiore di detto filamento, preferibilmente tra 20 e 50 volte la larghezza di detto filamento. [0017] According to the invention the transition does not occur in the lateral electrodes, which at the moment of detection remain in the superconductive state despite being made of the same material as the filament, thanks to the fact that the filament is at least 10 times larger than said filament, preferably between 20 and 50 times the width of said filament.

[0018] In particolare, tanto pi? bassa ? la temperatura di fuga nel filamento, che dipende dalla corrente di iniezione, rispetto alla temperatura critica del filamento, che ? la stessa degli elettrodi laterali, tanto pi? questi ultimi operano da filtri energetici, realizzando un perfetto confinamento termico utile per misure ad alta sensibilit?, ad esempio adatta ad ottenere misure di singoli fotoni in tutto il campo dei GHz. Infatti, minore ? la frequenza della radiazione incidente, minore ? l?energia ad essa associata, e quindi minore ? la potenza nel caso di fotoni singoli. Per raggiungere questa altissima sensibilit? secondo l?invenzione ? possibile abbassare la prima temperatura in modo che, iniettando una corrente prossima alla corrente critica del filamento, sia possibile mantenersi molto vicini alla transizione del filamento allo stato resistivo, ed ottenere tale transizione con minima energia incidente e senza che la transizione interessi gli elettrodi laterali. [0018] In particular, all the more low ? the escape temperature in the filament, which depends on the injection current, compared to the critical temperature of the filament, which is? the same as the lateral electrodes, even more so? the latter operate as energy filters, creating perfect thermal confinement useful for high sensitivity measurements, for example suitable for obtaining measurements of single photons in the entire GHz range. In fact, the lower? the frequency of the incident radiation, lower? the energy associated with it, and therefore less? the power in the case of single photons. To achieve this very high sensitivity? according to the invention? It is possible to lower the first temperature so that, by injecting a current close to the critical current of the filament, it is possible to remain very close to the transition of the filament to the resistive state, and obtain this transition with minimum incident energy and without the transition affecting the lateral electrodes.

[0019] Vantaggiosamente, per altissime sensibilit? la prima temperatura ? molto inferiore ad un terzo della temperatura critica degli elettrodi laterali, ossia Te,W<<0.3TC,B. In particolare, per elemento sensibile in Nb ? compresa tra 10 mK e 1 K. Invece, alla medesima prima temperatura, iniettando nell?elemento sensibile una corrente inferiore alla corrente critica del filamento, si ha una prima temperatura maggiore e una sensibilit? inferiore a quella di cui sopra. Questa caratteristica permette di poter utilizzare il sensore a diversi gradi di sensibilit? e a diverse temperature di lavoro, ossia la suddetta prima temperatura corrispondendo alla temperatura di fuga del filamento. [0019] Advantageously, for very high sensitivities? the first temperature? much lower than one third of the critical temperature of the lateral electrodes, i.e. Te,W<<0.3TC,B. In particular, for sensitive element in Nb ? between 10 mK and 1 K. Instead, at the same first temperature, by injecting a current lower than the critical current of the filament into the sensitive element, there is a higher first temperature and a higher sensitivity. lower than the above. This feature allows you to use the sensor at different degrees of sensitivity. and at different working temperatures, i.e. the aforementioned first temperature corresponding to the escape temperature of the filament.

[0020] Nel caso siano richieste sensibilit? minori, la prima temperatura pu? essere Te,W~0.3-0.6TC,B e, a seconda dei materiali usati, ad esempio con elemento sensibile in Nb innalzata anche sopra 1 K. In tal caso sono necessari refrigeratori meno costosi e ingombranti per raggiungere la prima temperatura. [0020] In case sensitivity is required? minors, the first temperature can? be Te,W~0.3-0.6TC,B and, depending on the materials used, for example with a sensitive element in Nb raised even above 1 K. In this case less expensive and bulky refrigerators are needed to reach the first temperature.

[0021] Nel caso siano richieste sensibilit? ancora minori la prima temperatura pu? essere compresa tra Te,W~0.6-0.9TC,B a seconda della corrente di iniezione. In particolare, per elemento sensibile in Nb potr? raggiungere i 5 K. Anche in tal caso, saranno necessari refrigeratori ancora meno costosi e ingombranti per raggiungere temperature al di sotto della prima temperatura. A tale prima temperatura, in caso di corrente di iniezione diversa da zero ma inferiore alla corrente critica del filamento, la temperatura di fuga nel filamento sar? di poco inferiore alla temperatura critica del filamento, e quindi potr? essere comparabile con quest?ultima, e quindi con la temperatura critica degli elettrodi, i quali saranno dei filtri energetici non perfettamente efficienti, con imperfetto confinamento termico, utile per misure a relativamente minore sensibilit?, ad esempio adatta a misure di singoli fotoni nel campo dei THz o maggiori. [0021] In case sensitivity is required? even lower the first temperature can? be between Te,W~0.6-0.9TC,B depending on the injection current. In particular, for sensitive element in Nb could it? reach 5 K. Even then, even less expensive and bulky chillers will be needed to reach temperatures below the first temperature. At this first temperature, in case of injection current different from zero but lower than the critical current of the filament, the escape temperature in the filament will be? slightly lower than the critical temperature of the filament, and therefore it will be able to be comparable with the latter, and therefore with the critical temperature of the electrodes, which will be energy filters that are not perfectly efficient, with imperfect thermal confinement, useful for measurements with relatively lower sensitivity, for example suitable for measurements of single photons in the field of THz or greater.

[0022] Al limite, la prima temperatura pu? essere Te,W~TC,B, e con una corrente di iniezione poco al di sopra dello zero o al limite zero, la temperatura di fuga del filamento sar? circa uguale alla temperatura critica della regione attiva e degli elettrodi laterali. Quindi, il sensore operer? alla temperatura critica senza confinamento termico, ossia gli elettrodi non agiranno da filtro energetico e il sensore sar? con relativamente bassa sensibilit?, ad esempio adatta a misure di singoli fotoni nel campo al di sopra dei THz. Vantaggiosamente, ad esempio con un elemento sensibile in Nb, per tali sensibilit? la prima temperatura pu? essere ad esempio compresa tra 3 K e la temperatura critica del superconduttore di detto elemento sensibile pu? essere intorno a 9 K. [0022] At the limit, the first temperature can? be Te,W~TC,B, and with an injection current just above zero or at the zero limit, the escape temperature of the filament will be? approximately equal to the critical temperature of the active region and the lateral electrodes. So, will the sensor operate? at the critical temperature without thermal confinement, i.e. the electrodes will not act as an energy filter and the sensor will be with relatively low sensitivity, for example suitable for measurements of single photons in the range above THz. Advantageously, for example with a sensitive element in Nb, for such sensitivities? the first temperature can? be for example between 3 K and the critical temperature of the superconductor of said sensitive element can? be around 9 K.

[0023] In tal modo si ottengono i seguenti effetti: [0023] In this way the following effects are obtained:

- la temperatura critica degli elettrodi ? sempre uguale alla temperatura critica del filamento, e questo permette di ottenere la riflessione di Andreev nella struttura monolitica dell?elemento sensibile; - the critical temperature of the electrodes? always equal to the critical temperature of the filament, and this allows obtaining the Andreev reflection in the monolithic structure of the sensitive element;

- la maggiore larghezza degli elettrodi rispetto al filamento consente ad una corrente di iniezione di avvicinare o raggiungere la corrente critica nel filamento, ossia la massima corrente che consente al filamento di avere resistenza elettrica nulla, pur rimanendo molto lontani dalla corrente critica negli elettrodi, consentendo agli elettrodi la soppressione della diffusione termica; - the greater width of the electrodes with respect to the filament allows an injection current to approach or reach the critical current in the filament, i.e. the maximum current that allows the filament to have zero electrical resistance, while remaining very far from the critical current in the electrodes, allowing the suppression of thermal diffusion at the electrodes;

- il funzionamento nello stato superconduttivo diminuisce lo scambio termico delle quasiparticelle calde della regione attiva con i fononi, poich? l?accoppiamento elettrone-fonone ? soppresso esponenzialmente quando la temperatura di fuga ? molto minore della temperatura critica della regione attiva grazie alla corrente di iniezione, l?iniezione di corrente permette di migliorare le performance del sensore; - operation in the superconducting state decreases the heat exchange of the hot quasiparticles of the active region with the phonons, since? the electron-phonon coupling? exponentially suppressed when the escape temperature ? much lower than the critical temperature of the active region thanks to the injection current, the current injection allows to improve the performance of the sensor;

- il medesimo spessore e il medesimo materiale del filamento e degli elettrodi permette una facile realizzabilit?, in particolare la possibilit? di realizzare array, e di implementare specchi di Andreev in strutture monolitiche utilizzando processi standard di fabbricazione; - the same thickness and the same material of the filament and electrodes allows for easy realizability, in particular the possibility of to create arrays, and to implement Andreev mirrors in monolithic structures using standard manufacturing processes;

- grazie alla modulazione della temperatura di lavoro con la corrente di polarizzazione della regione attiva, la riflessione di Andreev nella struttura monolitica fa s? che gli specchi di Andreev possano estendersi sino a formare l?antenna o la guida d?onda che convoglia la radiazione alla regione attiva; - thanks to the modulation of the working temperature with the polarization current of the active region, the Andreev reflection in the monolithic structure makes s? that the Andreev mirrors can extend to form the antenna or waveguide that conveys the radiation to the active region;

- grazie alla riflessione di Andreev negli elettrodi laterali questa soluzione permette anche di estendere gli elettrodi fino all?antenna o guida d?onda che porta la radiazione elettromagnetica da misurare facendo passare il filamento da superconduttivo a resistivo; - thanks to the Andreev reflection in the lateral electrodes, this solution also allows the electrodes to be extended up to the antenna or wave guide which carries the electromagnetic radiation to be measured by passing the filament from superconductive to resistive;

- ? possibile limitare la corrente che scorre nel filamento sotto la corrente di retrapping, ossia la corrente di ritorno dallo stato normale allo stato superconduttivo, dopo la transizione allo stato resistivo, e ci? permette il veloce ritorno allo stato superconduttivo. - ? It is possible to limit the current flowing in the filament under the retrapping current, i.e. the return current from the normal state to the superconducting state, after the transition to the resistive state, and this? allows the rapid return to the superconducting state.

[0024] In una possibile forma realizzativa, la sorgente di corrente di iniezione ? una sorgente di corrente continua ed ? prevista la predisposizione di una resistenza di shunt in detta regione attiva in parallelo all?elemento sensibile e alla induttanza superconduttiva rispetto alla sorgente di corrente di iniezione. [0024] In a possible embodiment, the injection current source is ? a source of direct current and ? provision is made for the provision of a shunt resistor in said active region in parallel to the sensitive element and to the superconducting inductance with respect to the injection current source.

[0025] In tal modo, la resistenza di shunt consente di limitare la corrente che scorre nell?elemento sensibile sotto la corrente di retrapping, ossia la corrente di ritorno dallo stato normale allo stato superconduttivo dopo la transizione allo stato normale dovuta ad una radiazione elettromagnetica incidente. Ci? permette il veloce ritorno allo stato superconduttivo per poter rilevare altra radiazione elettromagnetica incidente. In particolare, la resistenza di shunt dovr? avere valore RS<RN*IR/I, essendo RN la resistenza di detto filamento quando ? in condizioni resistive, IR la corrente di retrapping ed I la corrente di iniezione. [0025] In this way, the shunt resistor allows limiting the current flowing in the sensitive element under the retrapping current, i.e. the return current from the normal state to the superconducting state after the transition to the normal state due to electromagnetic radiation accident. There? allows the rapid return to the superconducting state in order to detect other incident electromagnetic radiation. In particular, the shunt resistor will have to have value RS<RN*IR/I, RN being the resistance of said filament when ? in resistive conditions, IR the retrapping current and I the injection current.

[0026] In un?altra possibile forma realizzativa, la sorgente di corrente di iniezione ? una sorgente di corrente alternata ed ? prevista la predisposizione di una resistenza di carico al di fuori della regione attiva in serie con l?elemento sensibile e con l?induttanza superconduttiva. [0026] In another possible embodiment, the injection current source is an alternating current source and ? provision is made for the provision of a load resistance outside the active region in series with the sensitive element and the superconducting inductance.

[0027] In tal modo, poich? quando avviene l?assorbimento di una radiazione elettromagnetica da parte dell?elemento sensibile, per effetto della transizione della regione attiva dallo stato superconduttivo allo stato resistivo, vi ? una diminuzione della corrente circolante nel circuito, e questa transizione avviene in tempi che vanno dal microal milli-secondo, cosiddetta velocit? di termalizzazione, ? vantaggioso che la frequenza della corrente alternata di iniezione sia superiore a tale velocit? di termalizzazione in modo che la corrente circolante nell?elemento sensibile sia inferiore alla corrente di retrapping IR in diversi punti del periodo di oscillazione, con la conseguente immediata transizione del sensore dallo stato resistivo allo stato superconduttivo. In tale configurazione, la velocit? del sensore ? unicamente limitata dalla velocit? di termalizzazione. [0027] In this way, since? when the absorption of electromagnetic radiation by the sensitive element occurs, due to the transition of the active region from the superconducting state to the resistive state, there is a decrease in the current circulating in the circuit, and this transition occurs in times ranging from micro to milli-second, so-called speed? of thermalization, ? Is it advantageous for the frequency of the alternating injection current to be higher than this speed? of thermalization so that the current circulating in the sensitive element is lower than the IR retrapping current at different points of the oscillation period, with the consequent immediate transition of the sensor from the resistive state to the superconducting state. In this configuration, the speed? of the sensor? only limited by speed? of thermalization.

[0028] Preferibilmente, variazioni della corrente che circola in detto induttore superconduttivo dovute all?assorbimento di radiazione elettromagnetica da parte di detto elemento sensibile possono essere misurate attraverso un amplificatore SQUID accoppiato induttivamente a detto induttore superconduttivo. In particolare, l?amplificatore SQUID ? mantenuto ad una seconda temperatura, in particolare detta seconda temperatura ? compresa tra 1 K e 5 K. Preferibilmente, detta seconda temperatura ? di circa 4 K. [0028] Preferably, variations in the current circulating in said superconducting inductor due to the absorption of electromagnetic radiation by said sensitive element can be measured through a SQUID amplifier coupled inductively to said superconducting inductor. In particular, the SQUID amplifier is maintained at a second temperature, in particular said second temperature ? between 1 K and 5 K. Preferably, said second temperature is ? of approximately 4 K.

[0029] Secondo un altro aspetto dell?invenzione, viene realizzato un sensore che attua il metodo sopra descritto. [0029] According to another aspect of the invention, a sensor is created which implements the method described above.

[0030] Il sensore ha l?elemento sensibile realizzato in qualsiasi materiale superconduttore metallico, e preferibilmente scelto tra MoGe, Pb, Nb, Ti. [0030] The sensor has the sensitive element made of any metallic superconducting material, and preferably chosen from MoGe, Pb, Nb, Ti.

[0031] Secondo un aspetto dell?invenzione, un detector di radiazioni elettromagnetiche pu? essere realizzato con una pluralit? di sensori realizzati con il metodo secondo l?invenzione e accoppiati con uno schema in multiplexing basato su circuiti risonanti alle microonde. [0031] According to one aspect of the invention, an electromagnetic radiation detector can be achieved with a plurality? of sensors made with the method according to the invention and coupled with a multiplexing scheme based on microwave resonant circuits.

[0032] In una possibile realizzazione la pluralit? di sensori ? disposta per funzionare in multiplexing a divisione di frequenza. [0032] In a possible realization the plurality? of sensors? arranged to operate in frequency division multiplexing.

[0033] In tutte le suddette soluzioni, per raggiungere la massima sensibilit?, le unit? elementari del detector possono essere mantenute a temperatura ultra-bassa (T<1 K, prima temperatura), mentre gli amplificatori, ad esempio SQUID, possono risiedere tra 1 K e 5 K (seconda temperatura), ad esempio a 4K, per minimizzare il rumore termico, mentre l?elettronica di lettura pu? essere tenuta a temperatura ambiente (terza temperatura). [0033] In all the aforementioned solutions, to achieve maximum sensitivity, the units? detector elements can be kept at ultra-low temperature (T<1 K, first temperature), while amplifiers, for example SQUID, can reside between 1 K and 5 K (second temperature), for example at 4K, to minimize the thermal noise, while the reading electronics can be kept at room temperature (third temperature).

Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings

[0034] Ulteriori caratteristiche e/o vantaggi della presente invenzione risulteranno pi? chiaramente con la descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui: [0034] Will further characteristics and/or advantages of the present invention be more apparent? clearly with the following description of one of its embodiments, made by way of example and not by way of limitation, with reference to the attached drawings in which:

- le figure 1 e 2 mostrano schematicamente in vista in pianta e in elevazione laterale un elemento sensibile superconduttivo monolitico utilizzabile per attuare il metodo secondo l'invenzione; - figures 1 and 2 schematically show a plan and lateral elevation view of a monolithic superconducting sensitive element that can be used to implement the method according to the invention;

- la figura 3 mostra uno schema circuitale in cui ? inserito l'elemento sensibile di figura 1 nell'attuazione del metodo secondo l'invenzione; - la figura 4 mostra possibili campi di funzionamento del sensore, in base alla temperatura della regione attiva, sul diagramma dell'andamento della resistenza in funzione della temperatura in un superconduttore; - figure 3 shows a circuit diagram in which ? inserted the sensitive element of figure 1 in the implementation of the method according to the invention; - figure 4 shows possible operating ranges of the sensor, based on the temperature of the active region, on the diagram of the resistance trend as a function of temperature in a superconductor;

- la figura 5 mostra una prima variante realizzativa dello schema circuitale di figura 3, con alimentazione della corrente di iniezione in corrente continua; - figure 5 shows a first variant of the circuit diagram of figure 3, with direct current injection current supply;

- la figura 6 mostra una seconda variante realizzativa dello schema circuitale di figura 3, con alimentazione della corrente di iniezione in corrente alternata; - figure 6 shows a second embodiment of the circuit diagram of figure 3, with alternating current supply of the injection current;

- la figura 7 mostra un una terza variante realizzativa dello schema circuitale di figura 3 utilizzabile come sensore rilevatore di radiazioni elettromagnetiche che attua il metodo secondo l'invenzione; - figure 7 shows a third embodiment of the circuit diagram of figure 3 which can be used as a sensor to detect electromagnetic radiation which implements the method according to the invention;

- la figura 8 mostra un rilevatore di radiazioni elettromagnetiche con una pluralit? di sensori come quello di figura 7 e che sono organizzati secondo uno schema di multiplexing basato su circuiti risonanti alle microonde; - figure 8 shows an electromagnetic radiation detector with a plurality? of sensors like the one in figure 7 and which are organized according to a multiplexing scheme based on microwave resonant circuits;

- la figura 9 mostra un una quarta variante realizzativa dello schema circuitale di figura 3 utilizzabile come sensore rilevatore di radiazioni elettromagnetiche che attua il metodo secondo l'invenzione; - figure 9 shows a fourth embodiment of the circuit diagram of figure 3 which can be used as a sensor to detect electromagnetic radiation which implements the method according to the invention;

- la figura 10 mostra un rilevatore di radiazioni elettromagnetiche con sensori che attuano il metodo secondo l'invenzione e sono organizzati secondo uno schema di multiplexing basato su divisione di frequenza. - figure 10 shows an electromagnetic radiation detector with sensors that implement the method according to the invention and are organized according to a multiplexing scheme based on frequency division.

Descrizione di alcune forme realizzative preferite Description of some preferred embodiments

[0035] In una possibile realizzazione, qui di seguito descritta, dell?invenzione, viene fornito un metodo per misurare radiazioni elettromagnetiche nelle bande dei GHz, THz e superiori. [0035] In a possible embodiment of the invention, described below, a method is provided for measuring electromagnetic radiation in the GHz, THz and higher bands.

[0036] Il metodo prevede un elemento sensibile 120 realizzato con un singolo materiale superconduttivo, mostrato in Figg. 1 e 2. [0036] The method involves a sensitive element 120 made of a single superconducting material, shown in Figs. 1 and 2.

[0037] L?elemento sensibile 120 ha spessore 123 costante per tutta la sua estensione, ed ha come porzione attiva un filamento 121 monodimensionale realizzato in continuit? con elettrodi laterali 124, 125. [0037] The sensitive element 120 has a constant thickness 123 for its entire extension, and has as its active portion a one-dimensional filament 121 made in continuity. with lateral electrodes 124, 125.

[0038] Gli elettrodi laterali 124,125 hanno spessore 126 uguale allo spessore 123 del filamento, ma hanno larghezza 127 molto maggiore della larghezza 122 del filamento 121. [0038] The lateral electrodes 124,125 have a thickness 126 equal to the thickness 123 of the filament, but have a width 127 much greater than the width 122 of the filament 121.

[0039] La larghezza 122 del filamento 121 e lo spessore 123 del filamento 121 e degli elettrodi laterali 124,125 sono minori od uguali alla larghezza di coerenza del superconduttore ?w, che ? una dimensione nota e caratteristica per ogni superconduttore, legata alla dimensione spaziale delle coppie di Cooper. [0039] The width 122 of the filament 121 and the thickness 123 of the filament 121 and of the side electrodes 124,125 are less than or equal to the coherence width of the superconductor ?w, which ? a known and characteristic dimension for each superconductor, linked to the spatial dimension of the Cooper pairs.

[0040] In tal modo, utilizzando l?elemento sensibile 120 come elemento circuitale superconduttivo, ad esempio come descritto pi? avanti, le coppie di Cooper, nel passaggio dagli elettrodi 124, 125 al filamento 121 monodimensionale nel medesimo materiale superconduttore, affrontano una costrizione causata dalle dimensioni laterali minori della lunghezza di coerenza superconduttiva ?w e della lunghezza di penetrazione del campo magnetico di London ?L,w. [0040] In this way, using the sensitive element 120 as a superconducting circuit element, for example as described further forward, the Cooper pairs, in passing from the electrodes 124, 125 to the one-dimensional filament 121 in the same superconducting material, face a constraint caused by the smaller lateral dimensions of the superconducting coherence length ?w and the penetration length of the London magnetic field ?L, w.

[0041] Pertanto, da un lato, la monodimensionalit? del superconduttore del filamento 121 rende possibile modulare la temperatura di fuga, iniettando una corrente limitata e, conseguentemente, modulando la transizione dallo stato superconduttivo a quello resistivo. Infatti, come pi? avanti descritto, il metodo di misura secondo l?invenzione, e il sensore che lo attua, permettono di regolare finemente la temperatura di lavoro e la sensibilit? di misura attraverso l?iniezione controllata di una corrente elettrica, consentendo di operare a diverse temperature a seconda delle radiazioni elettromagnetiche da rilevare e permettendo un?ampia versatilit? rispetto alle richieste della specifica applicazione. [0041] Therefore, on the one hand, the one-dimensionality? of the superconducting filament 121 makes it possible to modulate the escape temperature, injecting a limited current and, consequently, modulating the transition from the superconducting to the resistive state. In fact, how more? described above, the measurement method according to the invention, and the sensor that implements it, allow fine adjustment of the working temperature and sensitivity. measurement through the controlled injection of an electric current, allowing operation at different temperatures depending on the electromagnetic radiation to be detected and allowing for wide versatility. with respect to the requirements of the specific application.

[0042] Da un altro lato, l?elemento sensibile 120 implementa gli specchi di Andreev con un singolo materiale superconduttore. In particolare, l?elemento sensibile 120 costituisce una giunzione Josephson monolitica, in cui il filamento 121 fornisce una forte variazione della resistenza (?R) al momento della sua transizione nello stato resistivo, che pu? essere causato da una radiazione incidente, ad esempio anche un singolo fotone, che ? l?oggetto della misura, mentre gli elettrodi laterali 124,125 rimangono allo stato superconduttivo. [0042] On the other hand, the sensing element 120 implements Andreev mirrors with a single superconducting material. In particular, the sensitive element 120 constitutes a monolithic Josephson junction, in which the filament 121 provides a strong variation in resistance (?R) at the moment of its transition into the resistive state, which can be caused by an incident radiation, for example even a single photon, which is the object of the measurement, while the lateral electrodes 124,125 remain in the superconductive state.

[0043] Quindi, stabilendo una predeterminata temperatura di lavoro dell?elemento sensibile 120, che preferibilmente ? ben al di sotto la temperatura critica del materiale che lo compone, grazie al fatto di realizzare l?elemento sensibile 120 in un unico materiale superconduttivo e avente il medesimo spessore 123, per effetto della corrente di iniezione che attraversa il filamento 121 la temperatura di fuga in tale filamento potr? arrivare ad essere coincidente alla temperatura di lavoro, e quindi molto inferiore alla temperatura critica. [0043] Therefore, by establishing a predetermined working temperature of the sensitive element 120, which preferably is well below the critical temperature of the material that composes it, thanks to the fact of making the sensitive element 120 in a single superconducting material and having the same thickness 123, due to the effect of the injection current that passes through the filament 121 the escape temperature in this filament could? arrive at coinciding with the working temperature, and therefore much lower than the critical temperature.

[0044] In tal modo, gli elettrodi 124 e 125 non andranno mai al di sopra della temperatura critica, per cui attraverso tali elettrodi si ottengono specchi di Andreev che possono estendersi sino a formare l?antenna o la guida d?onda che convoglia la radiazione al filamento. Infatti, ? possibile mantenere al di sotto della temperatura critica non solo gli elettrodi laterali 124,125, ma anche porzioni di superconduttore che appunto formano l?antenna o guida d?onda che convoglia la radiazione al filamento, non mostrati nelle figure. [0044] In this way, the electrodes 124 and 125 will never go above the critical temperature, so through these electrodes Andreev mirrors are obtained which can extend to form the antenna or the wave guide that conveys the radiation to the filament. Indeed, ? It is possible to maintain below the critical temperature not only the lateral electrodes 124,125, but also portions of superconductor which form the antenna or wave guide which conveys the radiation to the filament, not shown in the figures.

[0045] Dal punto di vista tecnologico, per realizzare l?elemento sensibile 120 ? possibile utilizzare un singolo processo di evaporazione per la realizzazione dell?intero sensore, in combinazione con elementi circuitali come pi? avanti descritti, riducendo i costi di realizzazione e assicurando la riproducibilit? dell?intero processo, nonch? la facilita di produzione di array di sensori. Infatti, come mostrato pi? avanti, il fatto che sia gli elettrodi 124,125 che il filamento 121 siano realizzati in un medesimo materiale superconduttore, permette di utilizzare tutti i superconduttori metallici convenzionali dei quali si ha da tempo un ampio know-how. [0045] From a technological point of view, to create the sensitive element 120? It is possible to use a single evaporation process for the creation of the entire sensor, in combination with circuit elements such as pi? described above, reducing production costs and ensuring reproducibility? of the entire process, as well as? facilitates the production of sensor arrays. In fact, as shown more? further, the fact that both the electrodes 124,125 and the filament 121 are made of the same superconducting material allows the use of all conventional metallic superconductors for which there has been extensive know-how for some time.

[0046] La larghezza 127 degli elettrodi 124,125 pu? essere almeno 10 volte maggiore del filamento 121, preferibilmente tra 20 e 50 volte la larghezza di detto filamento 121, ottenendo i vantaggi sopra e pi? avanti descritti. [0046] The width 127 of the electrodes 124,125 can? be at least 10 times larger than the filament 121, preferably between 20 and 50 times the width of said filament 121, obtaining the above and more advantages? described below.

[0047] La realizzazione dell?elemento sensibile 120 pu? essere fatta con qualsiasi metallo con propriet? superconduttive. Infatti, per il solo fatto che l?elemento sensibile 120 ? formato dal medesimo materiale che forma il filamento monodimensionale 121 e gli elettrodi 124,125, la transizione dallo stato superconduttivo allo stato resistivo avviene sempre e soltanto nel filamento 121, con amplificazione del segnale di corrente che ? causato dalla radiazione incidente e la brusca variazione di resistenza nel filamento 121. In tal modo, si ottiene sempre l?effetto che la temperatura di fuga del filamento 121 viene modulata, modificando la corrente di iniezione, fino al raggiungimento della corrente critica del filamento 121, per la quale l?elemento sensibile 120 raggiunge la massima sensibilit?, come pi? avanti descritto. [0047] The realization of the sensitive element 120 can? be made with any metal with properties? superconducting. In fact, for the sole fact that the sensitive element 120 is formed by the same material that forms the one-dimensional filament 121 and the electrodes 124,125, the transition from the superconductive state to the resistive state always and only occurs in the filament 121, with amplification of the current signal which is caused by the incident radiation and the sudden change in resistance in the filament 121. In this way, the effect is always obtained that the escape temperature of the filament 121 is modulated, by modifying the injection current, until the critical current of the filament 121 is reached , for which the sensitive element 120 reaches maximum sensitivity, as more? described below.

Vantaggiosamente, poich? la temperatura critica del filamento superconduttivo monodimensionale 121 dipende dalle sue dimensioni laterali e, per alcuni materiali, ad esempio di MoGe, Pb, Nb, e Ti, decresce al diminuire della sezione trasversale del filo, ? preferibile scegliere tali materiali per realizzare l?elemento sensibile 121. Infatti, l?utilizzo di questi materiali per realizzare l?elemento sensibile 120 permette di partire da una temperatura di transizione superconduttore/metallo normale del filamento 121 minore rispetto a quella degli elettrodi laterali 124,125. Ci? amplia ulteriormente il range delle possibili applicazioni. Advantageously, since? the critical temperature of the one-dimensional superconducting filament 121 depends on its lateral dimensions and, for some materials, for example MoGe, Pb, Nb, and Ti, decreases as the cross-section of the wire decreases, ? It is preferable to choose these materials to make the sensitive element 121. In fact, the use of these materials to make the sensitive element 120 allows starting from a superconductor/normal metal transition temperature of the filament 121 that is lower than that of the lateral electrodes 124,125 . There? further expands the range of possible applications.

Secondo l?invenzione, con riferimento alla figura 3, un metodo di misura che utilizza l?elemento sensibile 120 pu? prevedere le seguenti fasi. According to the invention, with reference to Figure 3, a measurement method that uses the sensitive element 120 can foresee the following phases.

Predisporre una regione attiva 100, una regione di rilevazione 200 e una regione di alimentazione 300. Nella regione attiva 100 vengono disposti, ad esempio per deposizione per evaporazione termica di metalli su un substrato, un induttore superconduttivo 110 e l?elemento sensibile 120 come sopra descritto, elettricamente in serie tra loro. La regione attiva 100 viene mantenuta ad una prima temperatura che ? al di sotto della temperatura critica del materiale superconduttore dell?elemento sensibile 120, in modo modulabile come pi? avanti descritto. Prepare an active region 100, a detection region 200 and a power supply region 300. In the active region 100, for example by deposition by thermal evaporation of metals on a substrate, a superconducting inductor 110 and the sensitive element 120 are arranged as described above , electrically in series with each other. The active region 100 is maintained at a first temperature which is below the critical temperature of the superconducting material of the sensitive element 120, in a modulable way as more described below.

Poi, nella regione di alimentazione 300 viene disposta una sorgente 310 di corrente elettrica di iniezione, in modo da formare un circuito elettrico chiuso con l?induttore superconduttivo 110 e con l?elemento sensibile 120, per generare una predeterminata corrente elettrica costante che attraversi l?induttore superconduttivo 110 e l?elemento sensibile 120. La regione di alimentazione 300 pu? essere mantenuta ad una terza temperatura, che pu? essere la temperatura ambiente, o altra temperatura di pratico raggiungimento in base allo specifico strumento realizzato. Then, a source 310 of injection electric current is arranged in the power supply region 300, so as to form a closed electric circuit with the superconducting inductor 110 and with the sensitive element 120, to generate a predetermined constant electric current that passes through the ?superconducting inductor 110 and the sensing element 120. The power region 300 can? be maintained at a third temperature, which can? be the room temperature, or another temperature that can be practically reached based on the specific instrument made.

Nella regione di rilevazione 200 viene disposto un sensore di campo magnetico 210, che pu? comprendere ad esempio un induttore 211, accoppiato con l?induttore superconduttivo 110. La regione di rilevazione 200 viene mantenuta al di sotto di una seconda temperatura, superiore alla prima temperatura della regione attiva 100, e adatta all?ideale funzionamento del sensore di campo magnetico 210. Il sensore di campo magnetico 210 ha la funzione di misurare le variazioni della corrente che circola nell?induttore superconduttivo dovute all?assorbimento di radiazione elettromagnetica da parte di dell?elemento sensibile 120, che determinano una variazione di campo magnetico generato dall?induttore superconduttivo 110, e che viene sentito dall?induttore 211. Tali variazioni di corrente possono poi essere trasmesse ad una unit? di controllo non mostrata, ad esempio mediante un elemento di trasmissione 212, che pu? essere un ulteriore induttore o altro elemento. A magnetic field sensor 210 is arranged in the detection region 200, which can include for example an inductor 211, coupled with the superconducting inductor 110. The detection region 200 is kept below a second temperature, higher than the first temperature of the active region 100, and suitable for the ideal operation of the magnetic field sensor 210. The magnetic field sensor 210 has the function of measuring the variations in the current circulating in the superconducting inductor due to the absorption of electromagnetic radiation by the sensitive element 120, which determine a variation in the magnetic field generated by the inductor superconducting 110, and which is sensed by the inductor 211. Such current variations can then be transmitted to a unit control not shown, for example by means of a transmission element 212, which can? be an additional inductor or other element.

Il sensore di campo magnetico 210 pu? essere vantaggiosamente un amplificatore SQUID, come indicato in esempi pi? avanti descritti, ben noto per essere attualmente il pi? sensibile rilevatore di variazione di campi magnetici, e non descritto in maggior dettaglio in quanto conosciuto dal tecnico del ramo. The magnetic field sensor 210 can? advantageously be a SQUID amplifier, as indicated in more examples? described above, well known for currently being the most? sensitive detector of magnetic field variations, and not described in greater detail as it is known to those skilled in the art.

Quindi, iniettando attraverso la sorgente 310 una corrente costante nell?elemento sensibile 120, di intensit? inferiore oppure confrontabile alla corrente critica del filamento 121, anche il filamento 121 ? percorso da tale corrente costante che lo mantiene allo stato superconduttivo in condizioni limite tali che, in presenza di radiazioni elettromagnetiche che incidono su detto filamento 121, si abbia una sua rapida transizione allo stato resistivo, con brusco innalzamento della resistenza del filamento 121, e conseguentemente brusca variazione della corrente che transita nell?induttore superconduttivo 110. Questo permette di rilevare mediante il sensore di campo magnetico 210 accoppiato con l?induttore superconduttivo 110 una variazione di campo magnetico nella induttanza superconduttiva 110, in seguito alla suddetta variazione di corrente nell?elemento sensibile 120 dovuta ad una transizione di detto filamento 121 da una condizione superconduttiva ad una condizione resistiva. Therefore, by injecting through the source 310 a constant current into the sensitive element 120, of intensity? lower or comparable to the critical current of the filament 121, the filament 121 is also ? crossed by this constant current which keeps it in the superconducting state in limit conditions such that, in the presence of electromagnetic radiation affecting said filament 121, there is a rapid transition to the resistive state, with a sudden increase in the resistance of the filament 121, and consequently sudden change in the current passing through the superconducting inductor 110. This allows us to detect, by means of the magnetic field sensor 210 coupled with the superconducting inductor 110, a change in the magnetic field in the superconducting inductance 110, following the aforementioned change in current in the element sensitive 120 due to a transition of said filament 121 from a superconducting condition to a resistive condition.

Secondo l?invenzione, anche con riferimento alla Fig. 4, ? possibile mantenere la prima temperatura della regione 100 di Fig. 3 ad un valore prescelto e iniettare nell?elemento sensibile 120 e quindi in detto filamento 121 una corrente di iniezione che, indicando con Te,W la temperatura di fuga del filamento 121, e con TC,B la temperatura critica degli elettrodi laterali 124,125 di Fig. 1 e 2, pu? essere: According to the invention, also with reference to Fig. 4, it is? It is possible to maintain the first temperature of the region 100 of Fig. 3 at a preselected value and inject into the sensitive element 120 and therefore into said filament 121 an injection current which, indicating with Te,W the escape temperature of the filament 121, and with TC,B is the critical temperature of the lateral electrodes 124,125 of Fig. 1 and 2, can? to be:

- sostanzialmente pari alla corrente critica del filamento 121 mantenendo la prima temperatura Te,W<<0.3TC,B, - substantially equal to the critical current of the filament 121 maintaining the first temperature Te,W<<0.3TC,B,

- sostanzialmente inferiore alla corrente critica del filamento 121 e mantenere la prima temperatura Te,W~0.3-0.6TC,B, - substantially lower than the critical current of the filament 121 and maintain the first temperature Te,W~0.3-0.6TC,B,

- sempre, comunque, inferiore alla temperatura critica del filamento 121, mantenendo la prima temperatura Te,W~0.6-1TC,B ossia poco al di sotto o sostanzialmente pari alla temperatura critica di detto filamento 121. Come ? possibile notare, la temperatura di fuga del filamento Te,W non ? un dato di fabbrica dell?elemento sensibile 120, ma ? influenzata dalla prima temperatura, ossia dalla temperatura della regione attiva 100, che dipender? dalla scelta di sensibilit? che si vuole raggiungere con il sensore 120, e determiner? il valore critico della corrente di iniezione che il filamento 121 potr? sopportare poco prima di passare bruscamente dallo stato superconduttivo in caso di incidenza di una radiazione da misurare. - always, however, lower than the critical temperature of the filament 121, maintaining the first temperature Te,W~0.6-1TC,B i.e. slightly below or substantially equal to the critical temperature of said filament 121. How? It is possible to note that the escape temperature of the Te,W filament is not ? a factory data of the sensitive element 120, but ? influenced by the first temperature, i.e. by the temperature of the active region 100, which will depend? from the choice of sensitivity? what do you want to achieve with the 120 sensor, and will determine? the critical value of the injection current that the filament 121 can? endure shortly before abruptly switching from the superconducting state in the event of the incidence of radiation to be measured.

In tal modo, nelle suddette tre rispettive situazioni, senza modificare il sensore, ma semplicemente scegliendo la prima temperatura per la regione attiva 100 e modulando di conseguenza la corrente di iniezione (I), si possono ottenere: In this way, in the aforementioned three respective situations, without modifying the sensor, but simply by choosing the first temperature for the active region 100 and modulating the injection current (I) accordingly, the following can be obtained:

- JES con perfetto confinamento termico, quando la temperatura di fuga del filamento 121 ? molto minore della temperatura critica del filamento stesso e degli elettrodi laterali 124,125, ossia Te,W<<0.3TC,B, gli elettrodi laterali 124,125 operano da filtri energetici, cio? da cosiddetto specchio di Andreev per il calore. Quindi, il detector, operando con I~IC,W, si comporta come un JES con perfetto confinamento termico ed altissima sensibilit?. - JES with perfect thermal confinement, when the escape temperature of the filament 121 ? much lower than the critical temperature of the filament itself and of the lateral electrodes 124,125, i.e. Te,W<<0.3TC,B, the lateral electrodes 124,125 act as energy filters, that is? from so-called Andreev mirror for heat. Therefore, the detector, operating with I~IC,W, behaves like a JES with perfect thermal confinement and very high sensitivity.

- JES con parziale confinamento termico, in caso di temperatura di fuga seppur molto inferiore alla temperatura critica, con valori meno distanti, come Te,W~0.3-0.6TC,B.In tal caso il detector si comporter? come un JES con confinamento termico non perfetto in quanto la I tollerabile dal filamento 121 sar? inferiore al caso di cui sopra. In tal caso gli elettrodi laterali 124,125 saranno dei filtri energetici non perfettamente efficienti. Di conseguenza, la sensibilit? del detector cos? operato sar? intermedia tra il caso di qui sopra e quello che qui sotto riportato. - JES with partial thermal confinement, in case of escape temperature although much lower than the critical temperature, with less distant values, such as Te,W~0.3-0.6TC,B. In this case the detector will behave? like a JES with thermal confinement that is not perfect since the I tolerable by the filament 121 will be? lower than the above case. In this case the lateral electrodes 124,125 will be energy filters that are not perfectly efficient. Consequently, the sensitivity? of the detector like this? will he be operated on? intermediate between the case above and the one reported below.

- JES senza significativo confinamento termico o TES senza confinamento termico, quando la temperatura di fuga nel filamento ? inferiore di poco alla temperatura critica del filamento 121, es. Te,W~0.6-0.9TC,B e quindi comparabile con la temperatura critica degli elettrodi 125,125, questi ultimi si comporteranno come filtri energetici con imperfetto confinamento termico, utile per misure a relativamente minore sensibilit?, ad esempio adatta a misure di singoli fotoni nel campo dei THz. - JES without significant thermal confinement or TES without thermal confinement, when the escape temperature in the filament is ? slightly lower than the critical temperature of the filament 121, e.g. Te,W~0.6-0.9TC,B and therefore comparable with the critical temperature of the electrodes 125,125, the latter will behave as energy filters with imperfect thermal confinement, useful for measurements with relatively lower sensitivity, for example suitable for measurements of single photons in the THz field.

- configurazione TES, al limite, quando la prima temperatura ? prossima alla temperatura critica del materiale, ossia Te,W~TC,B, la corrente di iniezione tollerabile dal filamento 121 ? circa zero (I?0), ossia la temperatura di fuga del filamento 121 ? circa uguale alla temperatura critica Tc di tutto l?elemento sensibile 120 che comprende sia il filamento 121 che gli elettrodi laterali 124,125. Quindi, il sensore operer? alla temperatura critica, sostanzialmente in configurazione TES, senza la presenza di confinamento termico, ossia gli elettrodi non agiranno da filtro, e perci? con bassa sensibilit?, in quanto sia il filamento 121 che gli elettrodi laterali 124 e 125 passeranno insieme dallo stato superconduttivo a quello resistivo al momento di incidenza di una radiazione da misurare. - TES configuration, at the limit, when the first temperature ? close to the critical temperature of the material, i.e. Te,W~TC,B, the injection current that can be tolerated by the filament 121? approximately zero (I?0), i.e. the escape temperature of the filament 121 ? approximately equal to the critical temperature Tc of the entire sensitive element 120 which includes both the filament 121 and the lateral electrodes 124,125. So, will the sensor operate? at the critical temperature, substantially in TES configuration, without the presence of thermal confinement, i.e. the electrodes will not act as a filter, and therefore? with low sensitivity, as both the filament 121 and the lateral electrodes 124 and 125 will pass together from the superconductive state to the resistive state at the moment of incidence of a radiation to be measured.

La possibilit? di controllare in situ la temperatura di fuga del filamento 121 nella struttura totalmente monolitica dell?elemento sensibile 120 senza, quindi, salti di temperatura critica intrinseca del materiale tra elettrodi 124,125 e filamento 121, assicura i seguenti vantaggi rispetto alle tecnologie esistenti: The possibility? to control in situ the escape temperature of the filament 121 in the totally monolithic structure of the sensitive element 120 without, therefore, jumps in the intrinsic critical temperature of the material between electrodes 124, 125 and filament 121, ensures the following advantages compared to existing technologies:

- la temperatura di lavoro, ossia la minima temperatura di fuga raggiungibile con la corrente di iniezione, e la sensibilit? del sensore possono essere modificate durante l?operazione a seconda dell?applicazione specifica e delle caratteristiche del set-up sperimentale; - the working temperature, i.e. the minimum escape temperature reachable with the injection current, and the sensitivity? of the sensor can be modified during the operation depending on the specific application and the characteristics of the experimental set-up;

- ? possibile utilizzare solo un materiale superconduttivo tramite processi standard di fabbricazione, permettendo di abbassare i costi di produzione, realizzare in modo semplice array oltre che garantire la riproducibilit? del sistema; - ? It is possible to use only a superconducting material through standard manufacturing processes, allowing to lower production costs, create arrays easily as well as guaranteeing reproducibility. of the system;

- ? possibile diminuire la Tc di partenza dell?elemento sensibile 120 con la scelta opportuna del materiale superconduttivo, in funzione della massima sensibilit? che deve raggiungere il sensore; - ? Is it possible to reduce the starting Tc of the sensitive element 120 with the appropriate choice of superconducting material, depending on the maximum sensitivity? that must reach the sensor;

- ? possibile una modulazione della temperatura di lavoro, ossia la temperatura di fuga, grazie alle ridotte dimensioni laterali del filamento 121 e alla corrente di iniezione, permettendo per la prima volta di realizzare specchi di Andreev in una struttura monolitica, ossia fatta da un solo materiale; - ? modulation of the working temperature, i.e. the escape temperature, is possible thanks to the reduced lateral dimensions of the filament 121 and the injection current, allowing for the first time to create Andreev mirrors in a monolithic structure, i.e. made from a single material;

- l?invenzione evita l?utilizzo di diversi materiali superconduttivi a specifiche temperature critiche, creando una piattaforma universale per la rivelazione ultrasensibile di fotoni; - the invention avoids the use of different superconducting materials at specific critical temperatures, creating a universal platform for the ultrasensitive detection of photons;

- il sensore lavora alla temperatura di fuga che, a seconda della corrente di iniezione e della prima temperatura di lavoro prescelta, pu? essere molto minore della temperatura critica del superconduttore, per cui a parit? di temperatura di lavoro, la sua efficienza risulta essere molto maggiore rispetto ai sensori esistenti; - the sensor works at the escape temperature which, depending on the injection current and the first working temperature chosen, can be much lower than the critical temperature of the superconductor, so all things being equal? of working temperature, its efficiency is much greater than existing sensors;

- le dimensioni ridotte della regione attiva 100 che sono molto inferiori a 1 ?m<3 >e gli specchi di Andreev ottenibili negli elettrodi laterali 124,125 assicurano un?alta efficienza del sensore; - the small dimensions of the active region 100 which are much smaller than 1 m<3> and the Andreev mirrors obtainable in the lateral electrodes 124,125 ensure a high efficiency of the sensor;

- l?invenzione pu? immediatamente utilizzare i circuiti di lettura dei TES o un semplice bias in corrente continua o alternata; - the invention can? immediately use the TES reading circuits or a simple direct or alternating current bias;

- una volta realizzato il sensore, ? possibile implementarlo in rilevatori a maggiore o minore sensibilit?, dimensionando opportunamente sistemi che mantengono la prima temperatura nella regione attiva 100 e la seconda temperatura nella regione di rilevazione 200, e scegliendo un?opportuna corrente di polarizzazione. - once the sensor has been created, ? It is possible to implement it in detectors with greater or lesser sensitivity, by appropriately sizing systems that maintain the first temperature in the active region 100 and the second temperature in the detection region 200, and by choosing an appropriate polarization current.

Come mostrato in figura 5, in una possibile realizzazione, la sorgente 310 di corrente di iniezione pu? comprendere una sorgente di corrente continua 311, ad esempio un alimentatore DC, disposta nella regione di alimentazione 300 a temperatura ambiente (terza temperatura). In tal caso ? prevista la predisposizione di una resistenza di shunt 130 in detta regione attiva 100, inserita in parallelo all?elemento sensibile 120 e alla induttanza superconduttiva 110 rispetto alla sorgente 310 di corrente di iniezione. La resistenza di shunt 130 pu? avere un valore RS<RN<.>IR/I, essendo RN la resistenza di detto filamento 121 quando ? in condizioni resistive, IR la corrente di retrapping ed I la corrente di iniezione. La resistenza di shunt 130, realizzata nella regione attiva 100, ha il ruolo di limitare la corrente che scorre nel filamento 120 sotto la corrente di retrapping IR, cio? la corrente di ritorno dallo stato normale allo stato superconduttivo, dopo la transizione allo stato resistivo con resistenza RN. Ci? permette il veloce ritorno allo stato superconduttivo, in tempi che vanno dai millisecondi ai microsecondi. In tal modo, un sensore SQUID 220 o altro sensore di campo magnetico pu? rilevare fotoni in sequenza senza che il surriscaldamento del filamento 120 disturbi la misura. As shown in Figure 5, in one possible embodiment, the injection current source 310 can comprising a direct current source 311, for example a DC power supply, disposed in the power supply region 300 at room temperature (third temperature). Then ? provision is made for the provision of a shunt resistor 130 in said active region 100, inserted in parallel to the sensitive element 120 and to the superconducting inductance 110 with respect to the injection current source 310. Shunt resistor 130 can? have a value RS<RN<.>IR/I, RN being the resistance of said filament 121 when ? in resistive conditions, IR the retrapping current and I the injection current. The shunt resistor 130, made in the active region 100, has the role of limiting the current flowing in the filament 120 under the IR retrapping current, i.e. the return current from the normal state to the superconducting state, after the transition to the resistive state with resistance RN. There? it allows the rapid return to the superconducting state, in times ranging from milliseconds to microseconds. Thus, a SQUID 220 sensor or other magnetic field sensor can detect photons in sequence without the overheating of the filament 120 disturbing the measurement.

In alternativa, come mostrato in figura 6, in un?altra possibile realizzazione, la sorgente 310 di corrente di iniezione comprende una sorgente di corrente alternata 312 disposta nella regione di alimentazione 300. In tal caso ? prevista la predisposizione di una resistenza di carico 313 al di fuori della regione attiva 100 in serie con l?elemento sensibile 120 e con l?induttanza superconduttiva 110. Alternatively, as shown in Figure 6, in another possible embodiment, the injection current source 310 comprises an alternating current source 312 arranged in the power supply region 300. In this case, ? provision is made for the provision of a load resistor 313 outside the active region 100 in series with the sensitive element 120 and with the superconducting inductance 110.

In tal caso, ? possibile l?utilizzo di un generatore AC 311 di tensione V, posto a temperatura ambiente, collegato in serie al resistore di carico 313, con resistenza RL? RN, anch?esso mantenuto a temperatura ambiente, all?induttore superconduttivo 110 con induttanza L, mantenuto alla temperatura di lavoro, ad esempio <1 K, e all?elemento sensibile 120. Questo fa s? che con l?assorbimento di un fotone, il filamento 121 compie la transizione allo stato resistivo con conseguente diminuzione della corrente circolante nel circuito I=V/(RL+RN). Imponendo la frequenza del segnale di bias inferiore alla velocit? di termalizzazione del filamento 121, ossia dal micro- al millisecondo, ? possibile evitare la resistenza di shunt prevista per la configurazione a corrente continua di Fig. 5. Infatti, la corrente circolante sar? minore di IR in diversi punti del periodo di oscillazione con la conseguente transizione del sensore dallo stato normale a quello superconduttivo. Anche qui, il sensore SQUID 220 o altro sensore di campo magnetico, pu? rilevare fotoni in sequenza. Then, ? Is it possible to use an AC 311 generator of voltage V, placed at room temperature, connected in series to the load resistor 313, with resistance RL? RN, also kept at room temperature, to the superconducting inductor 110 with inductance L, kept at the working temperature, for example <1 K, and to the sensitive element 120. This causes? that with the absorption of a photon, the filament 121 makes the transition to the resistive state with a consequent decrease in the current circulating in the I=V/(RL+RN) circuit. By imposing the frequency of the bias signal lower than the speed? of thermalization of the filament 121, i.e. from micro- to millisecond, ? It is possible to avoid the shunt resistance foreseen for the direct current configuration of Fig. 5. In fact, the circulating current will be? lower than IR at different points of the oscillation period resulting in the sensor transition from normal to superconducting state. Here too, the SQUID 220 sensor or other magnetic field sensor can? detect photons sequentially.

Con riferimento alla figura 7, un detector di radiazioni elettromagnetiche pu? essere configurato per fornire un singolo pixel di un array in multiplexing basato su circuiti risonanti alle microonde, come mostrato in figura 8. With reference to figure 7, an electromagnetic radiation detector can? be configured to provide a single pixel of a multiplexed array based on microwave resonant circuits, as shown in Figure 8.

In tal caso, il sensore o pixel 10 ? configurato come una delle forme realizzative sopra descritte, ad esempio quella di figura 5, e pu? essere accoppiato ad un circuito RLC 400, anch?esso mantenuto alla seconda temperatura della regione 200. In this case, the sensor or pixel 10? configured as one of the embodiments described above, for example that of figure 5, and can? be coupled to an RLC 400 circuit, also maintained at the second temperature of the 200 region.

Il circuito RLC 400 pu? essere formato, una induttanza 410 accoppiata con lo SQUID 210-220, da un condensatore 420, e da due linee di trasmissione operanti a radiofrequenza 430 e 431, formate ad esempio da cavi coassiali 432 e 433. L?accoppiamento tra il circuito RLC 400 ed il sensore o pixel 10 viene realizzato attraverso un sensore di campo magnetico 210, che pu? essere implementato attraverso uno SQUID a radiofrequenza formato da un anello superconduttivo interrotto da una giunzione Josephson 220, e da due induttanze di accoppiamento 211 e 212 con il circuito dell?elemento sensibile 120 e con il circuito RLC 400, rispettivamente. La frequenza di risonanza del circuito RLC 440 dipende dalla capacit? 420, dall?induttanza 410 e dall?induttanza 212 associata alla giunzione Josephson 200. The RLC 400 circuit can? be formed, an inductance 410 coupled with the SQUID 210-220, by a capacitor 420, and by two transmission lines operating at radio frequency 430 and 431, formed for example by coaxial cables 432 and 433. The coupling between the RLC circuit 400 and the sensor or pixel 10 is made through a magnetic field sensor 210, which can be implemented through a radio frequency SQUID formed by a superconducting ring interrupted by a Josephson junction 220, and by two coupling inductances 211 and 212 with the circuit of the sensitive element 120 and with the RLC circuit 400, respectively. Does the resonant frequency of the RLC 440 circuit depend on the capacitance? 420, from the 410 inductance and from the 212 inductance associated with the Josephson junction 200.

Come sopra descritto, l?assorbimento di radiazione da parte del sensore o pixel 10 causa una variazione del valore della resistenza del filamento 121 (Fig. 3, Fig. 5) dell?elemento sensibile 120 e quindi della corrente che scorre attraverso l?induttore 110. Il cambiamento della corrente che scorre attraverso l?induttore 110 causa la variazione dell?induttanza legata alla giunzione Josephson 220 e quindi della frequenza di risonanza del circuito RLC 400. Il circuito RLC 400 ? alimentato attraverso un circuito di alimentazione 500, formato da un generatore di segnale operante a radiofrequenza 501, da un?impedenza di carico 502 e da un amplificatore 503. La misura risultante ? data sempre nella regione 300 posta alla terza temperatura, da un circuito 600 formato da un amplificatore di segnale 601 che fornisce un segnale di uscita 602. L?amplificatore 600 pu? essere realizzata attraverso un high electron mobility transistor (HEMT) 601. La variazione del segnale di uscita 602 ? quindi legata all?assorbimento di radiazione da parte del sensore o pixel 10. As described above, the absorption of radiation by the sensor or pixel 10 causes a variation in the value of the resistance of the filament 121 (Fig. 3, Fig. 5) of the sensitive element 120 and therefore of the current flowing through the inductor 110. The change in the current flowing through the inductor 110 causes the variation of the inductance linked to the Josephson junction 220 and therefore of the resonant frequency of the RLC 400 circuit. The RLC 400 circuit is powered through a power circuit 500, made up of a signal generator operating at radio frequency 501, a load impedance 502 and an amplifier 503. The resulting measurement is always given in the region 300 located at the third temperature, by a circuit 600 formed by a signal amplifier 601 which provides an output signal 602. The amplifier 600 can? be achieved through a high electron mobility transistor (HEMT) 601. The variation of the output signal 602 is therefore linked to the absorption of radiation by the sensor or pixel 10.

Con riferimento alla figura 8, un detector di radiazioni elettromagnetiche pu? comprendere una pluralit? di sensori 10, ciascuno rappresentante un pixel di un array di sensori, connessi i secondo uno schema in multiplexing basato su circuiti risonanti alle microonde come quello rappresentato in figura 7. Ogni pixel 10 ? accoppiato ad un sensore di campo magnetico 210 come mostrato ad esempio in figura 5. Ogni pixel 10 e ogni relativo sensore 210 sono a loro volta accoppiati ad un circuito risonante 400, e che si accoppia induttivamente con il un sensore di campo magnetico 210, ad esempio uno SQUID, come sopra descritto con riferimento alla Fig. 7. Per semplicit? sono stati rappresentati solo tre pixel 10, che possono essere ovviamente in numero proporzionato alla risoluzione del detector. With reference to figure 8, an electromagnetic radiation detector can? understand a plurality? of sensors 10, each representing a pixel of an array of sensors, connected according to a multiplexing scheme based on microwave resonant circuits such as the one represented in figure 7. Each pixel 10? coupled to a magnetic field sensor 210 as shown for example in figure 5. Each pixel 10 and each related sensor 210 are in turn coupled to a resonant circuit 400, and which couples inductively with the magnetic field sensor 210, for example example a SQUID, as described above with reference to Fig. 7. For simplicity? only three pixels 10 have been represented, which can obviously be in number proportionate to the resolution of the detector.

Questa configurazione massimizza il range dinamico di ogni pixel o sensore 10 e non pone limiti sul numero di pixel 10. Ciascun circuito risonante 400 ? caratterizzato da una diversa frequenza di risonanza data dal valore della resistenza R, capacit? C, induttanza L, e valore di induttanza Josephson del sensore di campo magnetico 210. This configuration maximizes the dynamic range of each pixel or sensor 10 and places no limit on the number of pixels 10. Each resonant circuit 400 ? characterized by a different resonant frequency given by the value of the resistance R, capacitance? C, inductance L, and Josephson inductance value of the 210 magnetic field sensor.

In particolare, l?assorbimento della radiazione sposta la frequenza di risonanza del circuito RLC 400 relativo al singolo sensore o pixel 10 poich? l?assorbimento di una radiazione causa un cambiamento dell?induttanza totale del relativo circuito risonante 400. La frequenza dei circuiti risonanti 400 ? scelta in modo da non limitare la velocit? di funzionamento del singolo sensore 700. Ogni circuito risonante 400 ? alimentato contemporaneamente agli altri ed il segnale totale ? inviato ad un amplificatore unico posto alla terza temperatura della regione 300, ad esempio temperatura ambiente. In particular, the absorption of the radiation shifts the resonance frequency of the RLC 400 circuit relating to the single sensor or pixel 10 since? the absorption of a radiation causes a change in the total inductance of the relevant resonant circuit 400. The frequency of the resonant circuits 400 is ? chosen so as not to limit the speed? of operation of the single sensor 700. Each resonant circuit 400 ? powered at the same time as the others and the total signal? sent to a single amplifier placed at the third temperature of the 300 region, for example room temperature.

Con riferimento alla figura 9, oltre a quanto mostrato in figure 3, 4, 5 e 6, in un?altra possibile realizzazione, ? mostrato un possibile circuito adatto per essere usato come singolo pixel per un array di sensori in multiplexing a divisione di frequenza. With reference to figure 9, in addition to what is shown in figures 3, 4, 5 and 6, in another possible embodiment, it is shown a possible circuit suitable for use as a single pixel for a frequency division multiplexed sensor array.

L?elemento sensibile 120, in modo analogo a come sopra descritto, agisce con resistenza nulla in assenza di una rilevazione di fotoni, mentre in occasione della rilevazione ha una propria resistenza Rn. in questa forma realizzativa sono previsti, in serie con L?elemento sensibile 120, una induttanza 140 di valore Ln, ed una capacit? 150, di valore Cn. The sensitive element 120, in a similar way to as described above, acts with zero resistance in the absence of photon detection, while upon detection it has its own resistance Rn. in this embodiment there are provided, in series with the sensitive element 120, an inductance 140 of value Ln, and a capacitance 150, worth Cn.

In tal modo, si realizza un circuito RCL 160 che opera alla propria frequenza fn=1/[2?(LnCn)<1/2>] di resistenza data dal sensore 120 che varia in dipendenza della ricezione o meno di fotoni, capacit? Cn 140 e induttanza Ln 150, in modo che sia distinta dalle frequenze di altri elementi adiacenti (come descritto pi? avanti con riferimento alla Fig. 10), per evitare interferenze tra i vari sensori. In this way, an RCL 160 circuit is created which operates at its own frequency fn=1/[2?(LnCn)<1/2>] of resistance given by the sensor 120 which varies depending on whether or not photons are received, capacitance? Cn 140 and inductance Ln 150, so that it is distinct from the frequencies of other adjacent elements (as described later with reference to Fig. 10), to avoid interference between the various sensors.

La banda del segnale del sensore 10 sar? maggiore del tempo di termalizzazione del sensore stesso, in modo da sopprimere il rumore fuori dalla banda di interesse. La separazione tra la frequenza di risonanza dei vari circuiti sar? scelta in modo da essere maggiore della banda del singolo sensore. In modo analogo ai casi precedenti, con riferimento anche alla figura 9, il circuito RCL 160 ? alimentato da un generatore 311 ed un?impedenza di carico Rl 313, posti a temperatura ambiente. Inoltre, ? prevista una resistenza di shunt 130 di valore Rsh che ha il ruolo di limitare la corrente che scorre nel singolo circuito RCL sotto la corrente di retrapping IR. In modo analogo a quanto sopra descritto per le altre forme realizzative, un amplificatore 220 posto alla seconda temperatura criogenica della regione 200, come ad esempio un amplificatore SQUID, ed accoppiato all?induttanza L 110 riceve il segnale e lo amplifica in 250 per permetterne la rilevazione in 260. Il vantaggio di mantenere l?amplificatore 250 a temperature criogeniche ? la diminuzione del rumore termico e quindi una maggiore sensibilit? del sensore The sensor signal band 10 will be? longer than the thermalization time of the sensor itself, so as to suppress noise outside the band of interest. The separation between the resonant frequency of the various circuits will be? chosen to be greater than the band of the single sensor. Similarly to the previous cases, with reference also to figure 9, the RCL 160 circuit? powered by a 311 generator and a Rl 313 load impedance, placed at room temperature. Furthermore, ? a shunt resistor 130 of value Rsh is provided which has the role of limiting the current flowing in the single circuit RCL under the retrapping current IR. In a similar way to what is described above for the other embodiments, an amplifier 220 placed at the second cryogenic temperature of the region 200, such as for example a SQUID amplifier, and coupled to the inductance L 110 receives the signal and amplifies it in 250 to allow its detection in 260. The advantage of keeping the 250 amplifier at cryogenic temperatures is the decrease in thermal noise and therefore greater sensitivity? of the sensor

Con riferimento alla figura 10, un detector di radiazioni elettromagnetiche pu? comprendere una pluralit? di sensori 10, ciascuno rappresentante un pixel di un array di sensori, connessi i secondo uno schema a divisione di frequenza. With reference to figure 10, an electromagnetic radiation detector can? understand a plurality? of sensors 10, each representing a pixel of a sensor array, connected according to a frequency division scheme.

In modo analogo ai casi precedenti, ciascun circuito RCL (indicato con 160 in Fig. 9), formato dalle resistenze variabili, e induttanze e capacit? 120, 140, 150; 120?, 140?, 150?; 120?, 140?, 150?; pu? essere alimentato da un unico generatore 311 ed un?impedenza di carico Rl 313, posti ad esempio a temperatura ambiente nella regione 300. Similarly to the previous cases, each RCL circuit (indicated with 160 in Fig. 9), formed by variable resistors, inductances and capacitance 120, 140, 150; 120?, 140?, 150?; 120?, 140?, 150?; can? be powered by a single generator 311 and a load impedance Rl 313, placed for example at room temperature in the region 300.

Il generatore 311 genera un segnale portante in comune a tutti i pixel 10. L?impedenza di shunt Rsh 130 ha il ruolo di limitare la corrente che scorre nel singolo pixel 10 sotto la corrente di retrapping IR. La diversa di frequenza di oscillazione del singolo pixel 10 sposta il relativo segnale ad una frequenza diversa per ogni canale. The generator 311 generates a carrier signal common to all the pixels 10. The shunt impedance Rsh 130 has the role of limiting the current flowing in the single pixel 10 under the IR retrapping current. The different oscillation frequency of the single pixel 10 shifts the relative signal to a different frequency for each channel.

Anche qui, in modo analogo a quanto sopra descritto per le altre forme realizzative, un amplificatore 220 posto alla seconda temperatura criogenica della regione 200, come ad esempio un amplificatore SQUID, ed accoppiato all?induttanza L 110 riceve il segnale e lo amplifica in 250 per permetterne la rilevazione in 260. Un circuito di demodulazione non mostrato separa i segnali provenienti dai vari pixel e li assegna ai diversi canali. Anche qui, il vantaggio di mantenere l?amplificatore 250 a temperature criogeniche ? la diminuzione del rumore termico e quindi una maggiore sensibilit? del sensore. Here too, similarly to what is described above for the other embodiments, an amplifier 220 placed at the second cryogenic temperature of the region 200, such as for example a SQUID amplifier, and coupled to the inductance L 110 receives the signal and amplifies it in 250 to allow detection in 260. A demodulation circuit not shown separates the signals coming from the various pixels and assigns them to the different channels. Here too, the advantage of keeping the 250 amplifier at cryogenic temperatures is? the decrease in thermal noise and therefore greater sensitivity? of the sensor.

La descrizione di cui sopra di alcune forme realizzative specifiche ? in grado di mostrare l?invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall?ambito dell?invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo. The above description of some specific embodiments ? capable of showing the invention from a conceptual point of view so that others, using the known art, will be able to modify and/or adapt this specific embodiment in various applications without further research and without departing from the inventive concept, and, therefore, intends that such adaptations and modifications will be considered equivalent to the specific embodiment. The means and materials for carrying out the various functions described may be of various nature without departing from the scope of the invention. It is understood that the expressions or terminology used are purely descriptive and therefore not restrictive.

Ad esempio, la prima e la seconda temperatura delle regioni 100 e 200 possono coincidere, in particolare in sensori a pi? bassa sensibilit? o per semplicit? costruttiva. For example, the first and second temperatures of the 100 and 200 regions can coincide, particularly in multiple sensors. low sensitivity? or for simplicity? constructive.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI 1. Un metodo per misurare radiazioni elettromagnetiche nelle bande dei GHz, THz e superiori, comprendente le fasi di:1. A method for measuring electromagnetic radiation in the GHz, THz and higher bands, including the steps of: - predisporre una regione attiva (100), una regione di rilevazione (200) e una regione di alimentazione (300);- prepare an active region (100), a detection region (200) and a power region (300); - disporre in detta regione attiva (100) un induttore superconduttivo (110) ed un elemento sensibile (120) elettricamente in serie tra loro, in cui detto elemento sensibile (120) ? in un materiale superconduttore avente una temperatura critica predeterminata;- arrange in said active region (100) a superconducting inductor (110) and a sensitive element (120) electrically in series with each other, wherein said sensitive element (120) is in a superconducting material having a predetermined critical temperature; - disporre in detta regione di alimentazione (300) una sorgente (310) di corrente elettrica di iniezione in modo da formare un circuito elettrico chiuso con detto induttore superconduttivo (110) e detto elemento sensibile (120), e alimentare una predeterminata corrente elettrica costante che attraversi detto induttore superconduttivo (110) e detto elemento sensibile (120);- arrange in said power supply region (300) a source (310) of electric injection current so as to form a closed electric circuit with said superconducting inductor (110) and said sensitive element (120), and supply a predetermined constant electric current which passes through said superconducting inductor (110) and said sensitive element (120); - disporre in detta regione di rilevazione (200) un sensore di campo magnetico (210) accoppiato (211) con detto induttore superconduttivo (110) e mantenere detta regione di rilevazione (200) al di sotto di una seconda temperatura, rilevare mediante detto sensore di campo magnetico (210) variazioni di campo magnetico causate da variazioni di corrente che attraversino detto induttore superconduttivo (110) e causate da una radiazione elettromagnetica incidente in detta regione attiva (100) che attiva detto elemento sensibile (120); - in cui detto elemento sensibile (120) ? ottenuto mediante le seguenti fasi:- arrange in said detection region (200) a magnetic field sensor (210) coupled (211) with said superconducting inductor (110) and maintain said detection region (200) below a second temperature, detect using said sensor of magnetic field (210) variations in magnetic field caused by current variations passing through said superconducting inductor (110) and caused by an electromagnetic radiation incident in said active region (100) which activates said sensitive element (120); - in which said sensitive element (120) is? obtained through the following steps: - depositare un predeterminato materiale superconduttore in detta regione attiva (100) in modo da formare un filamento monodimensionale (121), detto materiale superconduttore avendo una predeterminata temperatura critica, in cui detto materiale superconduttore ha una predeterminata lunghezza di coerenza superconduttiva, e detto filamento monodimensionale ha larghezza (122) e spessore (123) inferiore a detta lunghezza di coerenza superconduttiva, e determinare la corrente critica del filamento;- depositing a predetermined superconducting material in said active region (100) so as to form a one-dimensional filament (121), said superconducting material having a predetermined critical temperature, wherein said superconducting material has a predetermined superconducting coherence length, and said one-dimensional filament has width (122) and thickness (123) less than said superconducting coherence length, and determine the critical current of the filament; - depositare in detta regione attiva (100) due elettrodi (124,125) realizzati nel medesimo materiale superconduttore di detto filamento, detto filamento (121) essendo disposto tra detti elettrodi (124,125) in modo da formare una struttura monolitica con detti elettrodi (124,125), detti elettrodi (124,125) avendo spessore (126) sostanzialmente uguale a detto filamento (121) ed avendo larghezza (127) almeno 10 volte maggiore di detto filamento (121), preferibilmente tra 20 e 50 volte la larghezza di detto filamento (121),- deposit in said active region (100) two electrodes (124,125) made of the same superconducting material as said filament, said filament (121) being arranged between said electrodes (124,125) so as to form a monolithic structure with said electrodes (124,125), said electrodes (124,125) having thickness (126) substantially equal to said filament (121) and having width (127) at least 10 times greater than said filament (121), preferably between 20 and 50 times the width of said filament (121), - mantenere detta prima temperatura al di sotto di detta temperatura critica;- maintaining said first temperature below said critical temperature; - iniettare una corrente costante in detto elemento sensibile (120) di intensit? inferiore od uguale alla corrente critica del filamento (121), in modo che detto filamento (121) sia percorso da una corrente costante;- inject a constant current into said sensitive element (120) of intensity? lower than or equal to the critical current of the filament (121), so that said filament (121) is crossed by a constant current; - rilevare mediante detto sensore di campo magnetico (210) accoppiato con detto induttore superconduttivo (110) una variazione di campo magnetico in detta induttanza superconduttiva (110) in seguito ad una variazione di corrente in detto elemento sensibile (120) dovuta ad una transizione di detto filamento (121) da una condizione superconduttiva ad una condizione resistiva per effetto di radiazioni elettromagnetiche che incidono su detto filamento (121).- detect by means of said magnetic field sensor (210) coupled with said superconducting inductor (110) a change in magnetic field in said superconducting inductance (110) following a change in current in said sensitive element (120) due to a transition of said filament (121) from a superconducting condition to a resistive condition due to the effect of electromagnetic radiation affecting said filament (121). 2. Il metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta fase di iniettare ? scelta tra:2. The method according to claim 1, wherein said injecting step is choice between: - iniettare in detto elemento sensibile (120) e quindi in detto filamento (121) una corrente sostanzialmente pari alla corrente critica di detto filamento (121) e mantenere la prima temperatura Te,W<<0.3TC,B,- inject into said sensitive element (120) and therefore into said filament (121) a current substantially equal to the critical current of said filament (121) and maintain the first temperature Te,W<<0.3TC,B, - iniettare in detto elemento sensibile (120) e quindi in detto filamento (121) una corrente sostanzialmente inferiore alla corrente critica di detto filamento (121) e mantenere la prima temperatura Te,W~0.3-0.6TC,B,- inject into said sensitive element (120) and therefore into said filament (121) a current substantially lower than the critical current of said filament (121) and maintain the first temperature Te,W~0.3-0.6TC,B, - iniettare in detto elemento sensibile (120) e quindi in detto filamento (121) una corrente confrontabile alla corrente critica e mantenere la prima temperatura a temperature confrontabili con la temperatura critica di detto filamento (121) Te,W~0.6-1TC,B.- inject into said sensitive element (120) and then into said filament (121) a current comparable to the critical current and maintain the first temperature at temperatures comparable to the critical temperature of said filament (121) Te,W~0.6-1TC,B . 3. Il metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta sorgente (310) di corrente di iniezione comprende una sorgente di corrente continua (311) disposta in detta regione di alimentazione (300), ed ? prevista la predisposizione di una resistenza di shunt (130) in detta regione attiva (100) in parallelo all?elemento sensibile (120) e alla induttanza superconduttiva (110) rispetto alla sorgente (310) di corrente di iniezione, in cui detta resistenza di shunt (130) ha valore RS<RN IR/I, essendo RN la resistenza di detto filamento (121) quando ? in condizioni resistive, IR la corrente di retrapping ed I la corrente di iniezione.3. The method according to claim 1, wherein said injection current source (310) comprises a direct current source (311) disposed in said power supply region (300), and is? provision is made for the provision of a shunt resistor (130) in said active region (100) in parallel to the sensitive element (120) and to the superconducting inductance (110) with respect to the source (310) of injection current, in which said shunt resistor shunt (130) has the value RS<RN IR/I, RN being the resistance of said filament (121) when ? in resistive conditions, IR the retrapping current and I the injection current. 4. Il metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta sorgente (310) di corrente di iniezione comprende una sorgente di tensione in corrente alternata (312) disposta in detta regione di alimentazione (300), ed ? prevista la predisposizione di una resistenza di carico (313) al di fuori della regione attiva (100) in serie con detto elemento sensibile (120) e con detta induttanza superconduttiva (110).4. The method according to claim 1, wherein said injection current source (310) comprises an alternating current voltage source (312) disposed in said power supply region (300), and is? provision is made for the provision of a load resistor (313) outside the active region (100) in series with said sensitive element (120) and with said superconducting inductance (110). 5. Il metodo secondo la rivendicazione 4, in cui detta sorgente di tensione in corrente alternata (312) eroga detta corrente di iniezione ad una frequenza superiore alla velocit? di termalizzazione di detto elemento sensibile (120) al momento dell?incidenza di una radiazione elettromagnetica in modo che la corrente circolante nell?elemento sensibile sia inferiore alla corrente di retrapping IR in diversi punti del periodo di oscillazione, con la conseguente immediata transizione del sensore dallo stato resistivo allo stato superconduttivo.5. The method according to claim 4, wherein said alternating current voltage source (312) delivers said injection current at a frequency greater than the speed of thermalization of said sensitive element (120) at the moment of the incidence of electromagnetic radiation so that the current circulating in the sensitive element is lower than the IR retrapping current at different points of the oscillation period, with the consequent immediate transition of the sensor from the resistive state to the superconducting state. 6. Il metodo secondo la rivendicazione 1, in cui variazioni della corrente che circola in detto induttore superconduttivo dovute all?assorbimento di radiazione elettromagnetica da parte di detto elemento sensibile sono misurate attraverso un amplificatore SQUID (220) disposto in detta regione di rilevazione e accoppiato induttivamente (211) a detto induttore superconduttivo.6. The method according to claim 1, wherein variations in the current circulating in said superconducting inductor due to the absorption of electromagnetic radiation by said sensitive element are measured through a SQUID amplifier (220) arranged in said detection region and coupled inductively (211) to said superconducting inductor. 7. Un sensore di radiazioni elettromagnetiche nelle bande dei GHz, THz e superiori, comprendente:7. An electromagnetic radiation sensor in the GHz, THz and higher bands, comprising: - una regione attiva (100), una regione di rilevazione (200) e una regione di alimentazione (300);- an active region (100), a detection region (200) and a power region (300); - un induttore superconduttivo (110) ed un elemento sensibile (120) disposti elettricamente in serie tra loro in detta regione attiva (100), in cui detto elemento sensibile (120) ? in un materiale superconduttore avente una temperatura critica predeterminata;- a superconducting inductor (110) and a sensitive element (120) electrically arranged in series with each other in said active region (100), wherein said sensitive element (120) is in a superconducting material having a predetermined critical temperature; - una sorgente (310) di corrente elettrica di iniezione disposto in detta regione di alimentazione (300) e connesso in modo da formare un circuito elettrico chiuso con detto induttore superconduttivo (110) e detto elemento sensibile (120), e alimentare una predeterminata corrente elettrica costante che attraversi detto induttore superconduttivo (110) e detto elemento sensibile (120);- a source (310) of electric injection current arranged in said power supply region (300) and connected so as to form a closed electric circuit with said superconducting inductor (110) and said sensitive element (120), and supply a predetermined current constant electrical current passing through said superconducting inductor (110) and said sensitive element (120); - un sensore di campo magnetico (210) disposto in detta regione di rilevazione (200) accoppiato (211) con detto induttore superconduttivo (110) configurato per rilevare variazioni di campo magnetico causate da variazioni di corrente che attraversino detto induttore superconduttivo (110) e causate da una radiazione elettromagnetica incidente in detta regione attiva (100) che attiva detto elemento sensibile (120);- a magnetic field sensor (210) arranged in said detection region (200) coupled (211) with said superconducting inductor (110) configured to detect magnetic field variations caused by current variations passing through said superconducting inductor (110) and caused by an electromagnetic radiation incident in said active region (100) which activates said sensitive element (120); - in cui detto elemento sensibile (120) comprende:- wherein said sensitive element (120) comprises: - un predeterminato materiale superconduttore disposto in detta regione attiva (100) in modo da formare un filamento monodimensionale (121), detto materiale superconduttore avendo una predeterminata temperatura critica, in cui detto materiale superconduttore ha una predeterminata lunghezza di coerenza, e detto filamento monodimensionale ha larghezza (122) e spessore (123) inferiore a detta lunghezza di coerenza, e determinare la corrente critica del filamento;- a predetermined superconducting material arranged in said active region (100) so as to form a one-dimensional filament (121), said superconducting material having a predetermined critical temperature, wherein said superconducting material has a predetermined coherence length, and said one-dimensional filament has width (122) and thickness (123) less than said coherence length, and determining the critical current of the filament; - due elettrodi (124,125) disposti in detta regione attiva (100) realizzati nel medesimo materiale superconduttore di detto filamento, in modo che detto filamento (121) sia disposto tra detti elettrodi (124,125) e formi una struttura monolitica con detti elettrodi (124,125), detti elettrodi (124,125) avendo spessore (126) sostanzialmente uguale a detto filamento (121) ed avendo larghezza (127) almeno 10 volte maggiore di detto filamento (121), preferibilmente tra 20 e 50 volte la larghezza di detto filamento (121),- two electrodes (124,125) arranged in said active region (100) made in the same superconducting material as said filament, so that said filament (121) is arranged between said electrodes (124,125) and forms a monolithic structure with said electrodes (124,125) , said electrodes (124,125) having thickness (126) substantially equal to said filament (121) and having width (127) at least 10 times greater than said filament (121), preferably between 20 and 50 times the width of said filament (121) , - mezzi per mantenere detta prima temperatura di detta regione attiva (100) al di sotto di detta temperatura critica;- means for maintaining said first temperature of said active region (100) below said critical temperature; - in cui detta sorgente (310) ? configurata per iniettare una corrente costante in detto elemento sensibile (120) di intensit? inferiore od uguale alla corrente critica del filamento (121), in modo che detto filamento (121) sia percorso da una corrente costante;- in which said source (310) ? configured to inject a constant current into said sensitive element (120) of intensity? lower than or equal to the critical current of the filament (121), so that said filament (121) is crossed by a constant current; - detto sensore di campo magnetico (210) essendo configurato per rilevare una variazione di campo magnetico in detta induttanza superconduttiva (110) in seguito ad una variazione di corrente in detto elemento sensibile (120) dovuta ad una transizione di detto filamento (121) da una condizione superconduttiva ad una condizione resistiva per effetto di radiazioni elettromagnetiche che incidono su detto filamento (121).- said magnetic field sensor (210) being configured to detect a magnetic field variation in said superconducting inductance (110) following a current variation in said sensitive element (120) due to a transition of said filament (121) from a superconducting condition to a resistive condition due to the effect of electromagnetic radiation affecting said filament (121). 8. Un detector di radiazioni elettromagnetiche comprendente con una pluralit? di sensori come da rivendicazione 7.8. An electromagnetic radiation detector comprising with a plurality? of sensors as per claim 7. 9. Un detector di radiazioni elettromagnetiche come da rivendicazione 8, in cui detta pluralit? di sensori ? connessa secondo uno schema basato su circuiti risonanti alle microonde. 9. An electromagnetic radiation detector as per claim 8, wherein said plurality? of sensors? connected according to a scheme based on microwave resonant circuits. 10. Un detector di radiazioni elettromagnetiche come da rivendicazione 8, in cui detta pluralit? di sensori ? connessa secondo uno schema in multiplexing a divisione di frequenza. 10. An electromagnetic radiation detector as per claim 8, wherein said plurality? of sensors? connected according to a frequency division multiplexing scheme.
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