L'Institut de Ciència de Materials de Barcelona del CSIC, lidera el desenvolupament a Espanya d'uns sensors ultrasensibles que seran utilitzats en properes missions espacials europees. Són microcalorímetres extremadament sensibles i miniaturitzats, que poden detectar fins i tot l'energia d'un sol fotó. Tenen usos en altres àmbits, com la nanotecnologia, la biomedicina o la seguretat.
Una oblea amb sensors TES, a l'ICMAB-CSIC.L'equip dirigit per la Dra. Lourdes Fàbrega és l'únic a Espanya que desenvolupa aquest tipus de sensors. L'estudi està finançat per l'Agència Espacial Europea (ESA), un projecte europeu H2020 i el Pla Nacional de l'Espai d'Espanya.
En quina missió es faran servir?
Aquests sensors s’utilitzaran com a alternativa europea per l'instrument X- IFU (espectròmetre de raigs X d'alta resolució) al telescopi de raigs - X ATHENA de l'ESA, que es llançarà cap al 2030. La missió ATHENA (Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics) substituirà l’exitós XMM - Newton i estudiarà l'origen de les galàxies, els forats ne gres i altres fenòmens de l'univers calent i energètic.
La missió ATHENA està dissenyada per abordar el tema de l'Univers Calent i Energètic. El seu objectiu és respondre a preguntes com ara: com creixen els forats negres i com donen forma a l'Univers? Com pot la matèria ordinària formar les estructures a gran escala que veiem avui?
"Aquest tipus de sensors també s'estan desenvolupant per ser utilitzats en altres missions espacials com SPICA/ SAFARI ( SPace IR telescope for Cosmology and Astrophysics)", afirma la Dra. Fàbrega.
Més dades sobre els sensors TES
Aquests sensors, anomenats sensors de transició abrupta (TES, per les seves sigles en anglès), estan fets d’una capa fina de molibdè recoberta per una capa fina d’or (Mo/Au), amb propietats superconductores, i funcionen a temperatures criogèniques (100 mK). El molibdè és un material superconductor amb una temperatura crítica molt baixa (1 K). 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'instru ments que requereixen una alta sensibilitat i una alta resolució.
Els TES tenen altres aplicacions?
Els detectors de radiació criogènica TES són instruments d’última generació i ja s’utilizen en una àmplia gamma d'aplicacions científiques i tecnològiques, incloses l'astronomia, la nanotecnologia, la biomedicina, la seguretat i la indústria, per la seva extraordinària sensibilitat.
Els sensors TES s'usen per a la caracterització de materials, per exemple, en instal•lacions de sincrotró. L'Advanced Photon Source (Argonne National Laboratory), l'EBIT (Lawrence Livermore National Laboratory) i el Brookhaven National Laboratory, tots a Estats Units, utilitzen sensors TES criogènics en les seves línies d’espectròmetre de raigs - X d'alta resolució. "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, 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".
"Amb aquest desenvolupament, aconseguirem que Espanya tingui instruments d'alt valor afegit i expandirem les aplicacions electròniques de materials superconductors", diu la Dra. Fàbrega.
El altres socis del projecte són l’ICMA-CSIC (Institut de Ciència dels Materials d'Aragó), l’IFCA - CSIC (Institut de Física de Cantàbria) i el SRON - Netherlands Institute for Space Research, entre altres.
Article via ICMAB-CSIC
Video de la missió Athena: https://youtu.be/4GUfdbzJDJ0