Las próximas misiones de ESA contarán con detectores de radiación diseñados por un equipo del CSIC

Lourdes Fàbrega, investigadora del ICMAB que está dirigiendo este equipo, ha explicado que "estos sensores son microcalorímetros extremadamente sensibles y miniaturizados, como pequeños termómetros, que pueden detectar incluso la energía de un solo fotón". Comenta que estos aparatos reciben el nombre de "transition-edge-sensors" (TES) y subraya que están compuestos por molibdeno y oro, ya que estos materiales cuentan con "propiedades superconductoras" y pueden funcionar "a temperaturas criogénicas cercanas al cero absoluto".

Respecto a otros instrumentos que existen actualmente diseñados para el mismo fin, la investigadora afirma que estos nuevos sensores "pueden detectar diferencias en la energía de los fotones 50 veces más pequeñas que los detectores actuales de última generación y, por tanto, por ejemplo, en análisis de materiales proporcionan información altamente detallada sobre la estructura química y electrónica que no se puede medir fácilmente con otros tipos de espectrómetros ". Además, los TES pueden llegar a localizar casi el 100% de los fotones de rayos X y "pueden determinar las diferencias de energía entre los fotones con alta resolución en un rango de energía clave para el estudio de los materiales", añade.

Estas nuevas herramientas no están diseñadas con un único objetivo. Fàbrega ha declarado que la idea es hacer uso de ellas en misiones espaciales como SPICA (un telescopio espacial de infrarrojos para cosmología y astrofísica). También van a ser utilizados para sustituir el instrumento X-IFU (espectrómetro de rayos X de alta resolución) en el telescopio de rayos X ATHENA de la ESA, un aparato cuyo lanzamiento al espacio está programado para 2030 y que, por ahora, hará uso de detectores creados por la NASA.

El Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB) y el Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA) con la ayuda del Instituto de Física de Cantabria (IFCA) y el organismo de investigación espacial holandés SRON-Netherlands Institute for Space Research son los responsables de este proyecto, que está siendo subvencionado por la Agencia Espacial Europea (ESA), el programa H2020 Europa y el Plan Nacional del Espacio de España.

Fàbrega destaca que este tipo de investigaciones fomentan "la capacitación tecnológica de España en instrumentación puntera" y que ayudan a expandir "las aplicaciones electrónicas de los materiales superconductores en nuestro país".

Molibdeno, material de los sensores TES

Agustín Camón, investigador del Instituto de Ciencias de Materiales de Aragón, destaca que una de las características de este material es que es "superconductor" cuya "temperatura crítica es muy baja". Para detectar la radiación es necesario que el material pueda ser sometido a estas temperaturas y el molibdeno, combinado con un metal como el oro, es capaz de bajar su temperatura crítica hasta los 100 mK.

La temperatura crítica se define como la temperatura a partir de la cual el material pierde la resistencia eléctrica, lo que permite que una corriente pueda circular por un material sin pérdidas energéticas.

Camón explica que con un absorbente adecuado "los sensores TES se convierten en detectores de radiación con capacidades espectroscópicas excelentes; esto los hace extremadamente interesantes para una variedad de instrumentos que requieren alta sensibilidad y resolución".

Innovación no solo útil para el espacio

Los detectores criogénicos de radiación basados en sensores TES también van a poder ser utilizados en otros ámbitos de la ciencia y la tecnología dada su gran sensibilidad: la astronomía, la nanotecnología, la biomedicina, la seguridad y la industria son los sectores que se van a ver beneficiados.