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.

Рис.1. Основные конструктивные элементы сверхпроводникового болометра (вверху) и температурная зависимость сопротивления сверхпроводника в окрестности критической температуры (внизу).

На помощь астрономам пришли нанотехнологи. Используя последние достижения нанолитографии, они изготовили сверхчувствительный болометр, позволяющий регистрировать даже единичные инфракрасные фотоны. Принцип его действия проиллюстрирован на рисунке 1. Если температура сверхпроводящего элемента болометра (титанового нанопровода) 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 исследователям освоить и дальний ИК-диапазон. Вот так интересно устроена жизнь: "нано" помогает нам лучше понять "макро".

Источник информации - заметка Л.Опенова в бюллетене ПерсТ, выпуск 18 за 2008 г.