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Mar 03, 2024

Nouveau type de détecteur bolométrique pour les applications lointaines

17 février 2023 Cet article a été révisé conformément au processus éditorial et aux politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en avant les attributs suivants tout en garantissant la crédibilité du contenu :

17 février 2023

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faits vérifiés

publication évaluée par des pairs

source fiable

relire

par SRON Institut néerlandais de recherche spatiale

Pour étudier la naissance des étoiles et des planètes, nous devons observer les berceaux d’étoiles cachés dans des nuages ​​​​de poussière frais. Les télescopes infrarouges lointains sont capables de percer ces nuages. Classiquement, des bolomètres en nitrure de niobium sont utilisés comme détecteurs, malgré leur faible température de fonctionnement de 4 Kelvin (-269° Celsius).

Maintenant, Yuner Gan (SRON/RUG), en collaboration avec une équipe de scientifiques du SRON, de la TU Delft, de l'Université Chalmers et de RUG, a développé un nouveau type de bolomètre, en diborure de magnésium, avec une température de fonctionnement de 20 Kelvin ou plus. Cela peut réduire considérablement le coût, la complexité, le poids et le volume des instruments spatiaux.

Les bolomètres à électrons chauds (HEB) conventionnels et supraconducteurs en nitrure de niobium (NbN) sont jusqu'à présent les détecteurs hétérodynes les plus sensibles pour la spectroscopie haute résolution aux fréquences infrarouges lointains. Les détecteurs hétérodyne profitent d'un oscillateur local pour convertir une ligne térahertz en ligne gigahertz.

Cela leur permet de mesurer non seulement l’intensité de manière très détaillée, mais également la fréquence. Les détecteurs hétérodynes ont été utilisés avec succès dans des ballons et des télescopes spatiaux et pourraient servir dans de futures missions. Les télescopes au sol ne peuvent pas voir le rayonnement infrarouge lointain car il est bloqué par l'atmosphère terrestre.

Un inconvénient de ces détecteurs est leur bande passante, qui couvre une raie spectrale limitée en une seule mesure. Une autre restriction vient de la basse température de fonctionnement. Un refroidissement jusqu'à 4 Kelvin, soit en utilisant un récipient contenant de l'hélium liquide, soit un tube à impulsion mécanique, n'est pas souhaitable pour un observatoire spatial compte tenu des contraintes de masse, de volume, de puissance électrique et de coût.

Yuner Gan et ses collègues ont développé un détecteur HEB infrarouge lointain basé sur un nouveau matériau supraconducteur, le diborure de magnésium (MgB2), qui présente une température critique relativement élevée de 39 Kelvin. Cela leur permet d'obtenir une température de fonctionnement plus élevée, à 20 Kelvin ou plus. Ils ont également démontré que les nouveaux HEB présentent des sensibilités prometteuses et une bande passante de fréquence bien accrue.

La publication dans le Journal of Applied Physics a été sélectionnée pour la collection spéciale reconnaissant les femmes en physique appliquée.

Plus d'information: Y. Gan et al, Performances hétérodyne et caractéristiques des bolomètres à électrons chauds térahertz MgB2, Journal of Applied Physics (2023). DOI : 10.1063/5.0128791

Informations sur la revue :Journal de physique appliquée

Fourni par l'Institut néerlandais SRON pour la recherche spatiale