用于远红外望远镜的新型测辐射热计探测器

拓牛李强

(a)与HEB-A同批次的耦合MgB2 HEB的螺旋天线的SEM显微照片。插图是MgB2亚微米桥和部分接触垫以及螺旋天线的3D模型。颜色表示不同的材料。(b)器件芯片的光学显微照片，包含四个HEB，来自与HEB-B相同的批次。溅射一层500 nm厚的Si3N4以覆盖芯片的表面，除了焊盘以将MgB2桥与水和空气隔离。(B)中的插图是HEB-B的艺术印象，显示了与设计完全相同的布局。(c)作为温度函数的HEB-A和HEB-B的电阻，其中临界温度分别为33.9和38.4 K。Credit: Journal of Applied Physics (2023). DOI: 10.1063/5.0128791

（）据美国物理学家组织网（by SRON Netherlands Institute for Space Research）：为了研究恒星和行星是如何诞生的，我们必须观察隐藏在凉爽的尘埃云中的恒星摇篮。远红外望远镜能够穿透这些云层。传统上，氮化铌测辐射热计被用作探测器，尽管它们的工作温度低至4开尔文(-269摄氏度)。

现在，Yuner Gan (SRON/RUG)与SRON大学、代尔夫特大学、查默斯大学和RUG的科学家团队一起，开发了一种新型的测辐射热计，由二硼化镁制成，工作温度为20开尔文或更高。这可以显著降低空间仪器的成本、复杂性、重量和体积。

传统的超导氮化铌(NbN)热电子测辐射热计(HEBs)是迄今为止用于远红外频率高分辨率光谱的最灵敏的外差探测器。外差检测器利用本地振荡器将太赫兹线转换成千兆赫线。

这使得他们不仅可以非常详细地测量强度，还可以测量频率。外差探测器已成功应用于气球和空间望远镜，并有望用于未来的飞行任务。地面望远镜看不到远红外辐射，因为它被地球大气层阻挡了。

这种探测器的一个缺点是它的带宽，在一次测量中覆盖有限的谱线。另一个限制来自低工作温度。考虑到质量、体积、电力和成本的限制，通过使用装有液氦的容器或机械脉冲管冷却到4开尔文对于空间天文台来说是不理想的。

Yuner Gan和她的同事现在开发了一种基于新超导材料的远红外HEB探测器——二硼化镁(mg B2)——它具有相对较高的临界温度39开尔文。这使得它们可以获得更高的工作温度，达到20开尔文或更高。他们还证明了新型heb具有有希望的灵敏度和大大增加的频率带宽。

《应用物理学杂志》上的文章被选为表彰应用物理学领域女性的特别文集。