Дослідники використовували технологію мікроелектромеханічних систем (MEMS) для створення рентгенівських космічних телескопів. Новий метод дозволяє відмовитися від традиційного вибору між вагою пристрою і його дозволом.
Вчені з Токійського столичного університету створюють складні візерунки на кремнієвих пластинах, які можуть направляти і збирати рентгенівські промені. Шляхом відпалу та полірування дослідники досягли високої кутової роздільної здатності, порівнянної з характеристиками існуючих телескопів. При цьому нові пристрої значно легше аналогів.
Вчені використовували технологію МЕМС для створення чітких складних конструкцій на кремнієвих пластинах. Конструкція являє собою концентричний масив щілин, схожих на кільця дерев, які можуть направляти рентгенівські промені, що входять під вузьким діапазоном кутів, і збирати їх в точку.
Концентричні масиви щілин дозволяють рентгенівським променям проникати і відбиватися від внутрішніх стін, підштовхуючи їх так, щоб вони були спрямовані в одну точку. Зображення: Tokyo Metropolitan University
Для створення цих щілин дослідники використовували глибоке реактивне іонне травлення. Однак після початкової обробки вони виявили шорсткості поверхні візерунків, яка спотворювала рентгенівські промені, знижуючи роздільну здатність телескопа.
- Blackphone: смартфон, котрий захищає приватне життя своїх власників
- Китайські хіміки придумали, як перетворити парниковий газ в глюкозу
Щоб виправити ці недоліки, вчені “відпалювали” візерунок, впливаючи на кремнієву пластину протягом тривалого часу. У міру збільшення тривалості відпалу атоми кремнію на поверхні візерунків ставали більш рухливими, згладжуючи будь-які шорсткості і покращуючи кутовий дозвіл телескопа.
Поверхня до (зверху) і після (знизу) 150 годин відпалу. Тривалий тепловий вплив згладжує всі шорсткості поверхні. Зображення: Tokyo Metropolitan University
Вивчення рентгенівського випромінювання дозволяє дізнатися більше про наш Всесвіт. Але більша частина цих хвиль поглинається атмосферою Землі, тому найбільш ефективні рентгенівські телескопи, що працюють за межами нашої планети, пояснюють автори роботи.
Проблема зі звичайною рентгенівською оптикою полягає в тому, що при досягненні більш високої роздільної здатності пристрої стають все важче і важче. Це збільшує вартість доставки телескопів на орбіту. Наприклад, для телескопа Hitomi, запущеного в 2016 році і вважався неймовірно легким, ефективна вага становила 600 кг на квадратний метр корисної площі. У своїй роботі, опублікованій в журналі Optics Express, вчені розробили високопродуктивну установку вагою всього 10 кг на квадратний метр.
Дослідники відзначають, що за допомогою нової технології можна створювати суперлегкі пристрої. Зараз вони розробляють супутник для візуалізації магнітосфери Землі. Дослідники планують домогтися зниження загальної маси установки до 50 кг.