Pour étudier la naissance des étoiles et des planètes, nous devons examiner les berceaux d’étoiles cachés dans de froids nuages de poussière. 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).
Yuner Gan (SRON/RUG), en collaboration avec une équipe de scientifiques du SRON, de la TU Delft, de l’Université Chalmers et du 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) supraconducteurs conventionnels au nitrure de niobium (NbN) sont à ce jour les détecteurs hétérodynes les plus sensibles pour la spectroscopie haute résolution aux fréquences infrarouges lointaines. Les détecteurs hétérodynes tirent parti d’un oscillateur local pour convertir une ligne térahertz en une ligne gigahertz.
Cela leur permet de mesurer non seulement l’intensité de manière très détaillée, mais également la fréquence. Les détecteurs hétérodynes ont été appliqués avec succès dans des ballons et des télescopes spatiaux et sont des candidats pour 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 tels 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. Le refroidissement à 4 Kelvin, soit en utilisant une cuve à 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 maintenant développé un détecteur HEB dans l’infrarouge lointain basé sur un nouveau matériau supraconducteur, le diborure de magnésium (MgB2), qui a 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 ont des sensibilités prometteuses et une bande passante de fréquence bien accrue.
La parution dans le Journal de physique appliquée a été sélectionnée pour la Collection spéciale reconnaissant les femmes en physique appliquée.
Plus d’information:
Y. Gan et al, Performances et caractéristiques hétérodynes des bolomètres à électrons chauds térahertz MgB2, Journal de physique appliquée (2023). DOI : 10.1063/5.0128791