在揭示宇宙最微小成分隐藏秘密的粒子对撞机中，微小粒子在巨大碰撞中产生时会留下极其微弱的电迹。这些设施中的一些探测器利用超导性(一种在低温下以零电阻传导电流的现象)来发挥作用。

为了让科学家更准确地观察这些粒子的行为，这些微弱的电信号或电流需要通过能够将微弱的电闪烁变成真正的震动的仪器来倍增。

美国能源部 (DOE) 阿贡国家实验室的科学家们开发出了一种充当“电流倍增器”的新装置。这种设备被称为纳米低温管，是一种机制的原型，可以将粒子的电信号提高到足够高的水平，暂时关闭材料的超导性，本质上是创建一种开关。

“我们正在接收一个小信号，并用它来触发级联电流，”阿贡国家实验室的玛丽亚·格佩特·梅耶研究员之一、该研究的作者之一托马斯·波拉科维奇(Tomas Polakovic)说。“我们将把这些探测器的非常小的电流汇集到开关装置中，然后可以用来开关更大的电流。”

由于涉及高磁场，准备用于对撞机实验的纳米低温管需要更多的工作。虽然当今的粒子探测器可以承受几特斯拉强度的磁场，但该开关的性能在高磁场中会降低。

该研究的另一位作者、阿贡国家实验室研究生研究助理蒂莫西·德拉赫(Timothy Draher)表示：“找到使该设备在更高磁场中工作的方法是将其纳入实际实验的关键。”

为了实现这一点，研究人员计划改变材料的几何形状并引入缺陷或小孔。这些缺陷将帮助研究人员稳定材料中的小型超导涡流，其运动可能会导致超导性意外破坏。

纳米低温管是通过使用电子束光刻技术创建的，这是一种模板印刷技术，使用电子束去除聚合物薄膜以暴露特定的感兴趣区域。然后使用等离子体离子蚀刻对该感兴趣区域进行蚀刻。

“我们基本上只是剥去暴露的部分，留下我们想要使用的设备，”德拉赫说。

该研究的另一位作者、阿贡国家实验室物理学家瓦伦丁·诺沃萨德表示，这种新设备还可以作为一种电子逻辑电路的基础。

“这项工作对于对撞机实验尤其重要，例如将在布鲁克海文国家实验室的电子离子对撞机进行的实验。在那里，靠近光束放置的超导纳米线探测器将需要不受磁场影响的微电子设备，”说阿贡杰出研究员兼课题组组长 Zein-Eddine Meziani。

基于该研究的论文“磁场中并行通道纳米低温管的设计和性能”发表在《应用物理快报》杂志上。除了 Draher、Zein-Eddine、Polakovic 和 Novosad 之外，作者还包括李毅、约翰·皮尔森、艾伦·迪博斯和肖志立。

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