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Detectores de radiación extremadamente sensibles para explorar el universo

El Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona del CSIC, lidera el desarrollo en España de unos sensores ultrasensibles que serán utilizados en próximas misiones espaciales europeas. Son microcalorímetros extremadamente sensibles y miniaturizados, que pueden detectar incluso la energía de un solo fotón. Tienen usos en otros ámbitos, como la nanotecnología, la biomedicina o la seguridad.

Una oblea con sensores TES, en el ICMAB-CSIC.El equipo dirigido por la Dra. Lourdes Fàbrega es el único en España que desarrolla este tipo de sensores. El estudio está financiado por la Agencia Espacial Europea (ESA), un proyecto europeo H2020 y por el Plan Nacional del Espacio de España.

¿En qué misión se usarán?

Estos sensores serán usados como alternativa europea para el instrumento X-IFU (espectrómetro de rayos X de alta resolución) en el telescopio de rayos X ATHENA de la ESA, que se lanzará durante la década de 2030. La misión ATHENA (Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics) sustituirá al exitoso XMM - Newton y estudiará el origen de las galaxias, los agujeros negros y otros fenómenos del universo caliente y energético.

La misión ATHENA están diseñadas para abordar el tema del Universo Caliente y Energético. Su objetivo es responder a preguntas tales como: ¿cómo crecen los agujeros negros y cómo dan forma al Universo? ¿Cómo puede la materia ordinaria formar las estructuras a gran escala que vemos hoy en día?

"Este tipo de sensores también se están desarrollando para ser utilizados en otras misiones espaciales como SPICA/SAFARI (SPace IR telescope for Cosmology and Astrophysics)", afirma la Dra. Fàbrega.

Más datos de los TES

Estos sensores, llamados sensores de transición abrupta (TES, por sus siglas en inglés), están hechos de una capa fina de molibdeno recubierto por otra de oro (Mo/Au), con propiedades superconductoras y funcionan a temperaturas criogénicas (100 mK). El molibdeno es un material superconductor con una temperatura crítica muy baja (1 K). La temperatura crítica es la temperatura a la cual la resistencia a la electricidad aumenta bruscamente. Combinando molibdeno en contacto con una capa de metal, como el oro, se consigue disminuir su temperatura crítica hasta los 100 mK.

Estas bajas temperaturas son necesarias para asegurar detectar la radiación con una alta sensibilidad y con un bajo nivel de ruido. Cuando se acoplan estos sensores a un absorbente adecuado, los sensores TES se convierten en detectores de radiación con capacidades espectroscópicas excelentes; esto los hace extremadamente interesantes para una gran variedad de instrumentos que requieren alta sensibilidad y alta resolución.

¿Los TES tienen otras aplicaciones?

Los detectores de radiación criogénica TES constituyen unos instrumentos de última generación y ya están en uso en una amplia gama de aplicaciones científicas y tecnológicas, incluida la astronomía, la nanotecnología, la biomedicina, la seguridad y la industria, debido a su extraordinaria sensibilidad.

Los sensores TES se usan para la caracterización de materiales, por ejemplo, en instalaciones de sincrotrón en el Advanced Photon Source (Argonne National Laboratory), el EBIT (Lawrence Livermore National Laboratory) y el Brookhaven National Laboratory, todos en EEUU; utilizan sensores TES criogénicos en sus líneas de espectrómetro de rayos X de alta resolución."Los TES pueden detectar casi el 100% de los fotones de rayos X y pueden determinar las diferencias de energía entre los fotones con alta resolución en un rango de energía clave para el estudio de los materiales.

Pueden detectar diferencias en la energía de los fotones 50 veces más pequeñas que los detectores actuales de última generación y, por lo tanto, en análisis de materiales proporcionan información muy detallada sobre la estructura química y electrónica que no se puede medir fácilmente con otros tipos de espectrómetros".

Artículo via ICMAB-CSIC

Video de la misión Athena: https://youtu.be/4GUfdbzJDJ0

El Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona del CSIC, lidera el desarrollo en España de unos sensores ultrasensibles que serán utilizados en próximas misiones espaciales europeas. Son microcalorímetros extremadamente sensibles y miniaturizados, que pueden detectar incluso la energía de un solo fotón. Tienen usos en otros ámbitos, como la nanotecnología, la biomedicina o la seguridad.