Mały nowy obwód może mieć duży wpływ na sposób, w jaki astronomowie widzą światło podczerwone. Światło podczerwone stanowi 98% światła emitowanego od Wielkiego Wybuchu. Lepsze metody wykrywania za pomocą tego nowego urządzenia powinny zapewnić wgląd w najwcześniejsze etapy powstawania gwiazd i galaktyk prawie 14 miliardów lat temu.
„W rozszerzającym się wszechświecie najwcześniejsze gwiazdy oddalają się od nas z prędkością zbliżoną do prędkości światła” - powiedział Michael Gershenson, profesor fizyki w Rutgers i jeden z głównych badaczy. „W rezultacie ich światło jest silnie przesunięte na czerwono, gdy dociera do nas, wyglądając na podczerwień.”
Ale gęsta atmosfera Ziemi pochłania światło dalekiej podczerwieni, a naziemne radioteleskopy nie są w stanie wykryć bardzo słabego światła emitowanego przez te odległe gwiazdy. Dlatego naukowcy proponują nową generację teleskopów kosmicznych, aby zebrać to światło. Potrzebne są jednak nowe i lepsze detektory, aby zrobić kolejny krok w obserwacji w podczerwieni.
Obecnie stosowane są bolometry, które wykrywają fale podczerwone i submilimetrowe poprzez pomiar ciepła generowanego podczas absorpcji fotonów.
„Zbudowane przez nas urządzenie, które nazywamy nanobolometrem z gorącym elektronem, jest potencjalnie 100 razy bardziej czułe niż istniejące bolometry” - powiedział Gershenson. „Szybciej reaguje również na światło, które w nią uderza.”
Nowe urządzenie wykonane jest z tytanu i metali niobowych. Ma około 500 nanometrów długości i 100 nanometrów szerokości i został wykonany przy użyciu technik podobnych do stosowanych w produkcji układów komputerowych. Urządzenie działa w bardzo niskich temperaturach - około 459 stopni poniżej zera Fahrenheita, lub jedna dziesiąta jednego stopnia powyżej zera absolutnego w skali Kelvina.
Fotony uderzające w nanodetektorowe elektrony cieplne w sekcji tytanu, która jest izolowana termicznie od otoczenia przez nadprzewodzące elektrody niobowe. Wykrywając nieskończenie małą ilość ciepła generowanego w sekcji tytanu, można zmierzyć energię światła pochłoniętą przez detektor. Urządzenie może wykryć zaledwie jeden foton dalekiej podczerwieni.
„Za pomocą tego pojedynczego detektora udowodniliśmy słuszność koncepcji” - powiedział Gershenson. „Ostatnim celem jest zbudowanie i przetestowanie matrycy fotodetektorów 100 na 100, co jest bardzo trudnym zadaniem inżynieryjnym”.
Rutgers i Jet Propulsion Laboratory współpracują ze sobą, aby zbudować nowy detektor podczerwieni.
Gershenson spodziewa się, że technologia detektora będzie przydatna do eksploracji wczesnego wszechświata, gdy satelitarne teleskopy dalekiej podczerwieni zaczną latać za 10 do 20 lat. „Dzięki temu nasza nowa technologia będzie przydatna do badania gwiazd i gromad gwiazd w najdalszych zakątkach wszechświata” - powiedział.
Oryginalną pracę zespołu można znaleźć tutaj.
Oryginalne źródło wiadomości: Rutgers State University
