Es tracta d'microcalorímetres extremadament sensibles i miniaturitzats, com petits termòmetres, que poden detectar l'energia d'un sol fotó. L'estudi està finançat per l'Agència Espacial Europea, H2020 Europa i el Pla Nacional de l'Espai d'Espanya.
Un equip d'investigadors del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) està desenvolupant un tipus especial de sensors que poden detectar canvis mínims de temperatura i que seran utilitzades en les pròximes missions espacials de l'Agència Espacial Europea (ESA).
El projecte està integrat per l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB) i l'Institut de Ciència de Materials d'Aragó (ICMA), amb la col·laboració de l'Institut de Física de Cantàbria (IFCA) i l'organisme d'investigació espacial holandès SRON- Netherlands Institute for Space Research. L'estudi està finançat per l'Agència Espacial Europea (ESA), el programa H2020 Europa i el Pla Nacional de l'Espai d'Espanya.
"Aquests sensors són microcalorímetres extremadament sensibles i miniaturitzats, com petits termòmetres, que poden detectar fins i tot l'energia d'un sol fotó", explica Lourdes Fàbrega, investigadora de l'ICMAB que dirigeix l'equip d'investigació, l'únic a Espanya que desenvolupa aquest tipus de sensors.
Aquests sensors estan sent planificats per ser utilitzats com a alternativa europea per l'instrument X-IFU (espectròmetre de raigs X d'alta resolució) en el telescopi de raigs X ATHENA de l'ESA, que es llançarà en 2030, i que en principi comptarà amb detectors fabricats per la NASA. ATHENA (Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics) substituirà el reeixit XMM-Newton i estudiarà l'origen de les galàxies, els forats negres i altres fenòmens de l'univers calent i energètic.
"Aquest tipus de sensors també s'estan desenvolupant per ser utilitzats en altres missions espacials com SPICA (un telescopi espacial d'infrarojos per cosmologia i astrofísica)", afirma Fàbrega. "Aquests sensors, anomenats sensors de transició abrupta (" transition-edge-sensors", TES), estan fets de capes fines de molibdè i or, que tenen propietats superconductores i funcionen a temperatures criogèniques properes al zero absolut. Aquests sensors poden fabricar-se amb altres materials, com titani i or", afegeix.
"El molibdè és un material superconductor amb una temperatura crítica molt baixa. La temperatura crítica és la temperatura per sota de la qual la resistència elèctrica desapareix en el material, i un corrent pot circular sense pèrdues energètiques", explica l'investigador Agustín Camón, de l'Institut de Ciència de Materials d'Aragó. "Combinant molibdè en contacte amb una capa de metall, com l'or, s'aconsegueix disminuir la seva temperatura crítica fins als 100 mK. Aquestes baixes temperatures són necessàries per a assegurar la detecció de la radiació amb alta sensibilitat i amb baix nivell de soroll", detalla.
"Quan s'acoblen aquests sensors a un absorbent adequat, els sensors TES esdevenen detectors de radiació amb capacitats espectroscòpiques excel•lents; això els fa extremadament interessants per a una varietat d'instruments que requereixen alta sensibilitat i resolució", indica Camón.
Els detectors criogènics de radiació basats en sensors TES constitueixen la propera generació en instrumentació per a una varietat d'aplicacions científiques i tecnològiques. Encara que van ser desenvolupats per a l'espai, s'han començat a utilitzar en una àmplia gamma d'aplicacions, inclosa l'astronomia, la nanotecnologia, la biomedicina, la seguretat i la indústria, per la seva extraordinària sensibilitat, el que representa beneficis de la investigació espacial per altres àmbits de la ciència.
"Els TES poden detectar gairebé el 100% dels fotons de raigs X i poden determinar les diferències d'energia entre els fotons amb alta resolució en un rang d'energia clau per a l'estudi dels materials. Poden detectar diferències en l'energia dels fotons 50 vegades més petites que els detectors actuals d'última generació i per tant, per exemple, en anàlisi de materials proporcionen informació altament detallada sobre l'estructura química i electrònica que no es pot mesurar fàcilment amb altres tipus d'espectròmetres", afegeix la investigadora.
"Amb aquest desenvolupament, estem contribuint a la capacitació tecnològica d'Espanya en instrumentació puntera, alhora que expandim les aplicacions electròniques dels materials superconductors al nostre país", conclou Fàbrega.