Jeszcze szybszy i prostszy bolometr

Fot. Pixabay CC0

Urządzenia monitorujące promieniowanie elektromagnetyczne poprzez podgrzewanie materiału pochłaniającego – tym właśnie są bolometry. Choć nie jest to nazwa, z którą stykamy się na co dzień, to są one używane zarówno przez astronomów, jak i przez „zwykłych" właścicieli domów. Większość z nich jednak musi działać w bardzo niskich temperaturach, co utrudnia zastosowanie.

Naukowcy twierdzą jednak, że udało im się znaleźć rozwiązanie tego problemu – bolometr działający w temperaturze pokojowej. Odkrycie to może pomóc w wytyczeniu drogi ku nowym obserwatoriom astronomicznym, czujnikom temperatury w budynkach, a nawet urządzeniom do wykrywania i przetwarzania informacji kwantowej.

Professor Dirk Englund z MIT, który wchodził w skład zespołu badawczego, powiedział: "Wierzymy, że nasza praca otwiera drzwi do nowych typów wydajnych bolometrów opartych na materiałach niskowymiarowych". Według niego, nowy system, oparty na ogrzewaniu elektronów w małym kawałku dwuwymiarowej formy węgla zwanego grafenem, po raz pierwszy łączy wysoką czułość z dużą przepustowością.

Największą nowością jest jednak fakt, że urządzenie może działać w dowolnej temperaturze, w odróżnieniu od dotychczasowych bolometrów. Chociaż w większości przypadków i tak będą one nadal wykorzystywane w niskich temperaturach, w niektórych zastosowaniach, jak np. czujniki wydajności budynków, zdolność do pracy bez wyspecjalizowanych systemów chłodzenia może się okazać prawdziwym plusem.

Bolometr, który zbudowali naukowcy, może zmierzyć całkowitą energię przenoszoną przez fotony przychodzącego promieniowania elektromagnetycznego, niezależnie od tego, czy ma ono postać światła widzialnego, fal radiowych, mikrofal czy jeszcze innych części widma. Różnica polega na tym, że do jego pochłaniana badacze wykorzystali elektrony grzewcze w małym kawałku grafenu, a nie ogrzewanie stałego metalu.

Englund wyjaśnia: "Większość bolometrów bazuje na wibracjach atomów w materiale, co powoduje, że ich reakcja jest powolna". W tym przypadku ogrzewany jest po prostu gaz elektronowy, który ma bardzo niską pojemność cieplną, co oznacza, że nawet niewielka energia pobrana z powodu pochłoniętych fotonów powoduje duże wahania temperatury. Dzięki temu można dokładnie zmierzyć pochłoniętą energię."

Zdaniem autorów opracowane przez nich urządzenie otwiera zupełnie nowe drogi dla bolometrów, które mogą radykalnie poprawić m.in. obrazowanie termiczne, astronomię obserwacyjną, a także informacje kwantowe, znajdując jednocześnie inne zastosowania.

(KB)