Investigadors de l'ICMAB desenvolupen detectors de radiació per explorar l'univers en les missions de l'ESA

06/09/2018

Aquests sensors són microcalorímetres extremadament sensibles i miniaturitzats, com petits termòmetres, que poden detectar fins i tot l'energia d'un sol fotó. L'estudi, en que també hi participa l'Institut de Ciència de Materials d'Aragó (ICMA CSIC), amb la col·laboració de l'Institut de Física de Cantàbria (IFCA CSIC) i l'organisme d'investigació espacial holandès SRON- Netherlands Institute for Space Research, està finançat per l'Agència Espacial Europea, H2020 Europa i el Pla Nacional de l'Espai d'Espanya.

Els sensors estan sent planificats per ser utilitzats com a alternativa europea per l'instrument X-IFU (espectròmetre de raigs X d'alta resolució) en el telescopi de raigs X ATHENA de l'ESA, que es llançarà en 2030, i que en principi comptarà amb detectors fabricats per la NASA. ATHENA (Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics) substituirà el reeixit XMM-Newton i estudiarà l'origen de les galàxies, els forats negres i altres fenòmens de l'univers calent i energètic.

"També s'estan desenvolupant per ser utilitzats en altres missions espacials com SPICA (un telescopi espacial d'infrarojos per cosmologia i astrofísica)", afirma Fàbrega.

"Aquests sensors, anomenats sensors de transició abrupta (transition-edge-sensors, TES), estan fets de capes fines de molibdè i or, que tenen propietats superconductores i funcionen a temperatures criogèniques properes al zero absolut. Poden fabricar-se amb altres materials, com titani i or", afegeix.

El molibdè és un material superconductor amb una temperatura crítica molt baixa. La temperatura crítica és la temperatura a la qual la resistència a l'electricitat augmenta bruscament. Combinant molibdè en contacte amb una capa de metall, com l'or, s'aconsegueix disminuir-ne la seva temperatura crítica fins als 100 mK. Aquestes baixes temperatures són necessàries per assegurar la detecció de la radiació amb una alta sensibilitat i amb baix nivell de soroll.

Quan s'acoblen aquests sensors a un absorbent adequat, els sensors TES esdevenen detectors de radiació amb capacitats espectroscòpiques excel·lents; això els fa extremadament interessants per a una gran varietat d'instruments que requereixen una alta sensibilitat i una alta resolució.

Els detectors criogènics de radiació basats en sensors TES constitueixen la propera generació en instrumentació per a una varietat d'aplicacions científiques i tecnològiques. Encara que van ser desenvolupats per a l'espai, s'han començat a utilitzar en una àmplia gamma d'aplicacions, inclosa l'astronomia, la nanotecnologia, la biomedicina, la seguretat i la indústria, per la seva extraordinària sensibilitat, el que representa beneficis de la investigació espacial per altres àmbits de la ciència.

"Els TES poden detectar gairebé el 100% dels fotons de raigs X i poden determinar les diferències d'energia entre els fotons amb alta resolució en un rang d'energia clau per a l'estudi dels materials. Poden detectar diferències en l'energia dels fotons 50 vegades més petites que els detectors actuals d'última generació i per tant, per exemple, en anàlisi de materials proporcionen informació altament detallada sobre l'estructura química i electrònica que no es pot mesurar fàcilment amb altres tipus d'espectròmetres", afegeix la investigadora.

"Amb aquest desenvolupament, estem contribuint a la capacitació tecnològica d'Espanya en instrumentació puntera, alhora que expandim les aplicacions electròniques dels materials superconductors al nostre país", conclou Fàbrega.