EO

Bolometers opereren bij hogere temperatuur dankzij nieuw supergeleidend materiaal

30 november 2021 om 17:32 uur

Detectoren die bestaan uit een combinatie van een supergeleidende hot electron bolometer (HEB) en een lokale oscillator vormen de werkpaarden van de supra-terahertzastronomie. Deze detectoren bekijken bijvoorbeeld de geboorte van sterren en de evolutie van het heelal. Tot nu toe worden voor ruimte- en ballontelescopen vooral niobiumnitride HEBs gebruikt, die op lage temperaturen van 4 Kelvin moeten werken. Onderzoekers van SRON, TU Delft, RUG en Chalmers University hebben nu met succes een HEB getest die is gemaakt van magnesium diboride, een nieuw supergeleidend materiaal waardoor de detector niet alleen meer spectrale lijnen tegelijk ziet, maar ook werkt bij hogere temperaturen, rond 20 Kelvin. Hierdoor vallen de kosten, gewicht, volume en stroomverbruik van ruimte-instrumenten lager uit.


Het onderzoek is gepubliceerd in Applied Physics Letters.

 

Hot electron bolometers (HEBs) van supergeleidend niobiumnitride zijn tot nu toe de gevoeligste heterodyne detectors voor hoge-resolutie spectroscopie op supraterahertz-frequenties (1 - 6 THz). Ze maken gebruik van een lokale oscillator om een terahertz-spectraallijn om te zetten in een gigahertz-lijn. Binnen dit frequentiegebied liggen veel moleculaire spectraallijnen die informatie geven over stervorming in sterrenstelsels.

 

De heterodyne mixers zijn al met veel succes toegepast in de Sofia-telescoop aan boord van een Boeing 747, de ballontelescoop STO-2 en de Herscheltelescoop. Ze zijn ook geselecteerd voor de ballontelescoop Gusto (Nasa, eind 2022) en de kandidaat-ruimtemissie Oasis. Supra-terahertz frequenties kunnen niet door grondtelescopen worden gemeten omdat die straling wordt geblokkeerd door de aardatmosfeer.

 

Supergeleiding

Een nadeel van HEBs is dat ze een beperkt bereik hebben in de zogenaamde intermediate frequency, wat het aantal spectraallijnen limiteert dat je tegelijk kunt waarnemen. Een andere beperking is de lage temperatuur (rond 4 Kelvin) waarop de detectoren moeten opereren om supergeleiding mogelijk te maken. Afkoelen tot 4 Kelvin met behulp van een vat met vloeibaar helium of een mechanische koeler is niet de beste oplossing voor een ruimte-instrument, dat nu eenmaal gebonden is aan strikte restricties voor massa, volume, stroomverbruik en kosten.

 

De onderzoekers hebben onder leiding van Jian-Rong Gao (SRON) met succes een HEB getest van magnesium diboride (MgB2), een nieuw supergeleidend materiaal. SRON-onderzoekers Yuner Gan (metingen en data-analyse) en Behnam Mirzaei (productie van de detector op de TU Delft) demonstreerden dat het nieuwe type een goede ruis-signaalverhouding op 5,3 Thz heeft, bij een operationele temperatuur van rond de 20 Kelvin.

 

Gan nam ook een grote bandbreedte in de intermediate frequency waar, ruim drie keer groter dan de bandbreedte van een niobium nitride HEB. Door de grotere bandbreedte kunnen onderzoekers met één meting meer spectraallijnen onderscheiden, wat waarnemingen efficiënter en nauwkeuriger maakt. De dunne magnesium diboride-film is gemaakt door Chalmers University en heeft een kritische temperatuur van 38,5 Kelvin.

 

Hogere temperatuur

Door de hogere operationele temperatuur is het nieuwe type detector aantrekkelijk voor de ruimtevaart omdat dan compacte, lichte en space-qualified Stirling-koelers voldoen, die weinig warmte ontwikkelen. Deze koelers kunnen leiden tot goedkopere en minder complexe ruimte-instrumenten. De nieuwe detectoren maken daarom nieuwe ruimtemissies mogelijk, zoals de middelgrote ver-infrarood missie die wordt aanbevolen in Esa's Voyage 2050 en een nieuwe generatie terahertz-observatoria met een aantal telescopen die samen opereren als een interferometer in de ruimte.

 

Gerelateerd nieuws

Nederlandse start-up Venturi ontwikkelt elektrisch vliegtuig voor 44 personen

Nederlandse start-up Venturi ontwikkelt elektrisch vliegtuig voor 44 personen

De Delftse start-up Venturi Aviation werkt aan een revolutionair elektrisch vliegtuig met 44 zitplaatsen en een vliegafstand van 550 km. Elektrisch vliegen is tot nu toe alleen mogelijk voor kleine vliegtuigen. Venturi…

Taiwanese  krijgt 'rots' van zonnepanelen

Taiwan krijgt 'rots' van zonnepanelen

Taiwan krijgt een gebouw dat geheel is bedekt met zonnepanelen. De iconische ‘Sun Rock’ moet jaarlijks 1 miljoen kWh stroom gaan leveren.

SpaceX lanceert mini-satelliet TU Delft

Satelliet ter grootte van een fris-flesje lijkt te kunnen overleven in het heelal (video)

Bij de Transporter-3 satellietlancering van SpaceX op 13 januari vanuit Cape Canaveral reisde ook een kleine Delftse satelliet mee naar de ruimte. De DelfiPQ is een van de kleinste satellieten ter wereld. Zal hij zijn…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Güdel Benelux
Güdel Benelux

Lineaire aandrijf componenten en oplossingen

Orfa Visser BV
Orfa Visser BV

Gespecialiseerd in Forceren, Dieptrekken, Flenswalsen, Lassen en Apparatenbouw.

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

7 februari 2022

Week van de Circulaire Economie

Circulaire ondernemers zetten hun deuren open voor publiek.

10 februari 2022, online

Ignite

Techleap.nl Summit 2022

15 februari 2022

Masterclass additive manufacturing voor nieuwe mobiliteitsconcepten

Over de voordelen van additive manufacturing voor de mobiliteitsindustrie en hoe dit kan leiden tot...

Meer agendapunten »