Крошечная новая схема может сильно повлиять на то, как астрономы могут видеть инфракрасный свет. Инфракрасный свет составляет 98% света, излучаемого со времен Большого взрыва. Более совершенные методы обнаружения с помощью этого нового устройства должны дать представление о самых ранних стадиях образования звезд и галактик почти 14 миллиардов лет назад.
«В расширяющейся вселенной самые ранние звезды удаляются от нас со скоростью, приближающейся к скорости света», - сказал Майкл Гершенсон, профессор физики в Рутгерс и один из ведущих исследователей. «В результате их свет сильно смещается в красный цвет, когда он достигает нас, и выглядит инфракрасным».
Но плотная атмосфера Земли поглощает дальний инфракрасный свет, и наземные радиотелескопы не могут обнаружить очень слабый свет, испускаемый этими далекими звездами. Поэтому ученые предлагают космические телескопы нового поколения, чтобы собрать этот свет. Но необходимы новые и лучшие детекторы, чтобы сделать следующий шаг в инфракрасном наблюдении.
В настоящее время используются болометры, которые обнаруживают инфракрасные и субмиллиметровые волны, измеряя тепло, выделяемое при поглощении фотонов.
«Созданное нами устройство, которое мы называем наноболометром с горячими электронами, потенциально в 100 раз более чувствительно, чем существующие болометры», - сказал Гершенсон. «Он также быстрее реагирует на свет, который его освещает».
Новое устройство выполнено из титана и ниобия. Его длина около 500 нанометров и ширина 100 нанометров, и он был изготовлен с использованием методов, аналогичных тем, которые используются в производстве компьютерных чипов. Устройство работает при очень низких температурах - около 459 градусов ниже нуля по Фаренгейту или на одну десятую градуса выше абсолютного нуля по шкале Кельвина.
Фотоны, попадающие на нанодетектор, нагревают электроны в титановой секции, которая термически изолирована от окружающей среды сверхпроводящими ниобиевыми выводами. Обнаруживая бесконечно малое количество тепла, генерируемого в титановой секции, можно измерить световую энергию, поглощенную детектором. Устройство может обнаружить всего один фотон дальнего инфракрасного света.
«С этим единственным детектором мы продемонстрировали доказательство концепции», - сказал Гершенсон. «Конечной целью является создание и тестирование массива фотодетекторов размером 100 на 100, что является очень сложной инженерной работой».
Рутгерс и Лаборатория реактивного движения работают вместе над созданием нового инфракрасного детектора.
Гершенсон ожидает, что технология детекторов будет полезна для исследования ранней Вселенной, когда спутниковые телескопы в дальней инфракрасной области спектра начнут летать через 10–20 лет. «Это сделает нашу новую технологию полезной для исследования звезд и звездных скоплений в самых дальних уголках Вселенной», - сказал он.
Оригинальный документ команды можно найти здесь.
Оригинальный источник новостей: Государственный университет Рутгерс
