Сверхпроводниковые  нанотехнологии для астрономии

Далекая инфракрасная область спектра космического излучения (длины волн 0.1 ¸ 1 мм) представляет для астрономии особый интерес, поскольку содержит информацию о наиболее удаленных от нас (и наиболее “старых”) объектах. Исследование именно этого диапазона позволяет больше узнать о формировании галактик, звезд и планетарных систем. Однако инфракрасное излучение сильно поглощается атмосферой Земли, и поэтому телескопы нужно размещать за ее пределами – на искусственных спутниках, что довольно накладно. Но и в этом случае сигналы от далеких участков Вселенной оказываются очень слабыми. 

  На помощь астрономам пришли нанотехнологии. Используя последние достижения нанолитографии, ученые изготовили сверхчувствительный болометр, позволяющий регистрировать даже единичные инфракрасные фотоны. Принцип его действия проиллюстрирован на рисунке. 
 

Основные конструктивные элементы сверхпроводникового болометра (вверху) и температурная зависимость сопротивления сверхпроводника в окрестности критической температуры (внизу)

Температура сверхпроводящего элемента болометра (в [1] – нанопровода Ti) соответствует примерно середине перехода (то есть его сопротивление R отлично от нуля, но меньше сопротивления R_n в нормальном состоянии), то поглощение даже одного фотона приводит к поддающемуся измерению увеличению R вследствие нагрева электронной подсистемы. При большой интенсивности излучения величина R быстро входит на константу (R_n). Если же “частота прибытия” фотонов достаточно низкая, то на зависимости R_n от времени наблюдаются последовательные пики, каждый из которых соответствует поглощению единичного фотона. С целью термической изоляции нанопровода контакты к нему изготавливались из ниобия. Сверхпроводниковые болометры использовались для регистрации единичных фотонов и раньше, но только в видимом диапазоне. Лишь уменьшение размеров сверхпроводниковых элементов до нанометрового масштаба позволило авторам [1] освоить и дальний ИК-диапазон. Вот так интересно устроена жизнь: “нано” помогает нам лучше понять “макро”. 
 

           Космос  оказался  переполнен  наночастицами

Астрономы обнаружили в межзвездном пространстве фуллерены - сложные молекулы, составленные из атомов углерода и имеющие форму полой сферы. До сих пор их находили только в планетарных туманностях. Новая работа доказывает, что фуллерены являются во Вселенной более распространенными соединениями, чем было принято считать. Работа исследователей опубликована в журнале Astrophysical Journal Letters, а коротко о ней пишет портал Discovery News.  
 

Возможность существования фуллеренов за пределами Земли была показана совсем недавно. Авторы новой работы анализировали данные, которые собрал инфракрасный телескоп Spitzer, и обнаружили фуллерены в четырех из изученных ими 250 участков неба. В частности, ученые нашли эти молекулы в Малом Магеллановом Облаке - небольшой галактике, расположенной по соседству с Млечным Путем. Общая масса фуллероенов в этом звездном скоплении сравнима с массой 15 Лун. Это первый случай, когда фуллерены были найдены вне Млечного Пути, а также в межзвездном пространстве. 
 
Благодаря своей необычной конструкции фуллерены могут переносить внутри себя различные молекулы и атомы. Если фуллерены попадут на поверхность астероида, то рано или поздно они вместе со своим содержимым могут оказаться на поверхности планет. 
 
В последнее время вышел целый ряд работ, в которых было показано, что в космосе значительно больше сложных органических молекул, чем считалось. Так, в центральной части Млечного Пути были найдены молекулы, аналогичные тем, которые придают вкус малине, а в планетарной туманности в созвездии Жертвенника астрономы обнаружил фуллерены из 60 и 70 атомов углерода.