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Mar 30, 2024

遠方用の新型ボロメータ検出器

2023 年 2 月 17 日 この記事は、Science X の編集プロセスとポリシーに従ってレビューされました。 編集者は、コンテンツの信頼性を確保しながら、次の属性を強調しました。

2023 年 2 月 17 日

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SRON オランダ宇宙研究所による

星や惑星がどのように誕生するかを研究するには、冷たい塵の雲の中に隠された星のゆりかごを観察する必要があります。 遠赤外線望遠鏡はそれらの雲を突き抜けることができます。 従来、窒化ニオブボロメータは、動作温度が 4 ケルビン (摂氏 -269 度) と低いにもかかわらず、検出器として使用されてきました。

今回、Yuner Gan (SRON/RUG) は、SRON、デルフト工科大学、チャルマーズ大学、RUG の科学者チームと協力して、動作温度 20 ケルビン以上の二ホウ化マグネシウム製の新しいタイプのボロメーターを開発しました。 これにより、宇宙機器のコスト、複雑さ、重量、体積を大幅に削減できます。

従来の超伝導窒化ニオブ (NbN) ホットエレクトロン ボロメーター (HEB) は、これまでのところ、遠赤外周波数での高分解能分光法用の最も感度の高いヘテロダイン検出器です。 ヘテロダイン検出器は、局部発振器を利用して、テラヘルツ線をギガヘルツ線に変換します。

これにより、強度だけでなく周波数も詳細に測定できるようになります。 ヘテロダイン検出器は気球や宇宙望遠鏡での応用に成功しており、将来のミッションで役立つ候補となっています。 遠赤外線は地球の大気によって遮られるため、地上の望遠鏡では見ることができません。

このような検出器の欠点の 1 つは、1 回の測定で限られたスペクトル線をカバーする帯域幅であることです。 もう 1 つの制限は、動作温度が低いことによって発生します。 液体ヘリウムを入れた容器や機械式パルス管を使用して 4 ケルビンまで冷却することは、質量、体積、電力、コストの制約を考慮すると宇宙観測にとって望ましくない。

Yuner Gan らは今回、39 ケルビンという比較的高い臨界温度を持つ新しい超伝導材料である二ホウ化マグネシウム (MgB2) をベースにした遠赤外線 HEB 検出器を開発しました。 これにより、20 ケルビン以上のより高い動作温度を得ることができます。 彼らはまた、新しい HEB が有望な感度と大幅に増加した周波数帯域幅を備えていることも実証しました。

Journal of Applied Physics に掲載されたこの論文は、応用物理学における女性を表彰する特別コレクションに選ばれました。

詳しくは： Y. Gan 他、テラヘルツ MgB2 ホットエレクトロン ボロメーターのヘテロダイン性能と特性、Journal of Applied Physics (2023)。 DOI: 10.1063/5.0128791

雑誌情報:応用物理学ジャーナル

提供：SRON オランダ宇宙研究所