Созданный в России детектор терагерцового излучения для наблюдения протозвездных облаков имеет толщину меньше человеческого волоса и обязан работать при температурах около абсолютного нуля. Об этом «Газете.Ru» рассказал Андрей Худченко, и.о. главы Лаборатории терагерцовых приборов и технологий АКЦ ФИАН.
Человечество освоило почти все диапазоны электромагнитных волн, от километровых радиоволн до гамма-излучения с длиной волны менее одного нанометра. Однако долгое время в этом спектре существовал «зазор» — не удавалось сконструировать чувствительных и эффективных приборов, работающих в терагерцовом диапазоне (длина волны около миллиметра). При этом именно в миллиметровых волнах удобно наблюдать за межзвездной пылью и протозвездными облаками. Теперь специалисты Физического института Академии Наук впервые в России изготовили детектор для частоты 250 ГГц, чья чувствительность близка к теоретическому пределу. Прежде чем попасть на чувствительный элемент, радиоволны должны пройти серию вспомогательных устройств.
«Сигнал приходит извне, неважно, из лаборатории или из окна. Через специальное окно радиоволны попадают в [охлаждаемый гелием] криостат, далее системой отражающих зеркал фокусируется на рупоре. Этот рупор заводит весь сигнал в маленький металлический волновод размером 1х0,5 мм. По волноводу сигнал поступает к сверхпроводниковой микросхеме, которая и содержит детектор. Микросхема имеет размеры, сравнимые с человеческим волосом, и с помощью микрополосков [радиодеталь для передачи ЭМ-волн, — «Газета»] она перенаправляет излучение на чувствительный элемент. Он, в свою очередь, является туннельным переходом «сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник» с размером около микрона и туннельным барьером около нанометра. Именно он фиксирует все внешнее излучение», — рассказал Андрей Худченко.
В качестве сверхпроводника в детекторе выступает ниобий, охлажденный до температуры 4 кельвина с помощью жидкого гелия. Такой холод необходим, поскольку тела с температурой выше абсолютного нуля имеют некий уровень возбуждения, который создает шумы. Поэтому чем ниже рабочая температура, тем лучше, и при дальнейшем охлаждении (даже ниже 4 градусов) качество детектора потенциально может улучшиться.
Главным образом подобный детектор необходим для создания мощных радиотелескопов, аналогичных расположенному в Чили ALMA. Такие радиотелескопы необходимы для наблюдения за межзвездной материей, в том числе для картирования распределения воды в галактике и исследования молекулярных облаков, из которых образуются звезды.
