Delftse technologen ontwikkelen een nieuwe theorie voor de werking van een infrarooddetector.
Delftse technologen ontrafelden in een project van NWO-Technologiestichting STW de werking van de hete-elektronenbolometer. De bolometer is een detector die infrarood licht uit de uithoeken van het heelal kan meten. De theorie achter de werking van het apparaat was tot nu toe niet correct.
De bolometer bevat als belangrijkste bestanddeel een stripje van het metaal niobium. Het stripje is tien nanometer dik en enkele tienden micrometers lang. Niobium, een zeldzaam aardmetaal, is een veelgebruikt element in de supergeleiderindustrie. In de bolometer houdt een koeling het stripje constant op -269°C. Bij deze temperatuur is het stripje nog net supergeleidend, ofwel de weerstand is dan nul.
Materialen die licht terugspoelen in de tijd stellen de natuurkunde op de proef
Zogeheten temporele metamaterialen werken als een soort ‘spiegels in de tijd’. Wetenschappers gebruiken deze materialen om de relativiteitstheorie ...
Als enkele infrarode lichtdeeltjes, bijvoorbeeld uit een uithoek van het heelal, het stripje treffen, stijgt de temperatuur iets. De supergeleiding stopt zodat de weerstand omhoog schiet. Een aan het stripje gekoppelde weerstandsmeter registreert de verandering. Daarna brengt de koeling de temperatuur weer terug zodat het stripje supergeleidend wordt en nieuwe lichtdeeltjes kan opvangen.
De precieze werking van de hete-elektronenbolometer was totnogtoe onduidelijk. Het apparaat werkte, maar de theorie erachter bleek niet correct. Nanotechnologen van de Technische Universiteit Delft kwamen, samen met onderzoekers van SRON – de NWO-Stichting voor Ruimteonderzoek Nederland – met een nieuw concept. Theorie en praktijk stemmen nu beter overeen. Inmiddels nemen onderzoeksgroepen wereldwijd het concept over.
Volgens de nieuwe theorie is het midden van het stripje niobium permanent warmer dan de overgangstemperatuur waaronder een materiaal supergeleidend is. Het midden is dus niet supergeleidend. De uiteinden van het stripje zijn wel koud genoeg en supergeleidend. De onderzoekers vergelijken het warme gebied, de hotspot, met een wak in het ijs. Als de temperatuur van het ijs stijgt, groeit het wak. Stijgt de temperatuur van het stripje, bijvoorbeeld door invallende lichtstralen uit het verre heelal, dan groeit de hotspot.
Volgens zowel de oude als de nieuwe theorie moet de detector aanzienlijk gevoeliger zijn dan hij in de praktijk blijkt. Dit probleem willen de onderzoekers nu gaan aanpakken. Uiteindelijk moet de theorie leiden tot een verbeterde bolometer die in 2007 aan boord van de Herschel-ruimtetelescoop infrarood licht uit het heelal kan gaan meten.
NWO
