9 de junio de 2008

La nanotecnología podría mejorar los futuros telescopios de rayos X

Imagen: NASA

Una nueva forma de flexionar los haces de rayos X desarrollada por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachussets, MIT, podría dar lugar a una gran mejora de los telescopios espaciales, así como nuevas herramientas para la biología y para la fabricación de chips semiconductores.

Los rayos X provenientes del espacio proporcionan a los astrónomos información importante sobre los eventos y objetos más exóticos del Universo, tales como la energía oscura, los agujeros negros y estrellas de neutrones. Sin embargo, los rayos X son notoriamente difíciles de recolectar y muchas fuentes cósmicas interesantes son débiles, lo que hace difícil y de mucha dedicación la obtención de estos rayos de alta energía, incluso con telescopios en satélites muy por encima de nuestra atmósfera que absorbe los rayos X.

Ahora, un grupo de investigadores del MIT ha inventado un dispositivo nuevo y altamente eficiente de nanoescala, de tipo persiana veneciana, que contiene miles de tablillas espejadas ultra-lisas por milímetro, para su uso en futuras mejoras de los telescopios de rayos X basados en el espacio. La llamada Transmisión de Ángulo Crítico (CAT) son densos conjuntos en forma de red de estructuras de silicio de decenas de nanómetros de espesor, libremente suspendidas que actúan como espejos eficientes para la reflexión y difracción de luz de longitudes de onda nanométricas, también conocidas como rayos X.

Nuevos diseños de instrumentos basados en estas redes también podrían dar lugar a avances en campos más allá de la astrofísica, la física del plasma para la vida y las ciencias del medio ambiente, así como en la litografía ultravioleta extrema, una tecnología de interés para la industria de los semiconductores. El concepto por detrás de las redes CAT también podría abrir nuevas vías para dispositivos de óptica y de neutrones para la difracción de electrones, átomos y moléculas.

Sobre la base de una invención de Ralf Heilmann y Mark Schattenburg del Laboratorio de Nanotecnología del Espacio (SNL) en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT, los enormes desafíos de fabricación fueron superados por un estudiante graduado del Departamento de Ingeniería Mecánica en el MIT, Minseung Ahn, en un año de esfuerzo, con la ayuda financiera de la NASA y una beca de Samsung.

Motivados por los objetivos tecnológicos del telescopio de rayos X de la NASA de próxima generación, denominado Constellation-X, los nuevos dispositivos prometen mejorar más de cinco veces la eficiencia de las redes de transmisión a bordo del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA, lanzado en 1999, que también fueron construidas en el Laboratorio de Nanotecnología del Espacio. La razón de esta mejora reside en el hecho que en el nuevo diseño, los rayos X se reflejan de manera muy eficiente a muy poco ángulo - semejante a saltar piedras sobre el agua - de las paredes laterales de pulido sub-nanométrico de tiras de silicio, a través de los espacios entre las tiras. Además, en la versión anterior, los rayos X tenían que pasar por un sustrato de apoyo de poliamida, que absorbe muchos de los rayos y reduce la eficiencia de la red.

Las tiras de silicio (tan delgadas como 35 nanómetros, de tamaño comparable a las más pequeñas características aún en fase de desarrollo comercial en la fabricación de chip de computadora) son paralelas entre sí y están separadas por, al menos, unos 150 nanómetros. Las tiras tienen que extenderse muchos micrómetros en las otras dos dimensiones. "Imagínese un espejo delgado de 12 metros de largo y 2,50 metros de altura, con una rugosidad superficial por debajo de una décima de milímetro", dice Heilmann. "Luego ponga decenas de miles de estos espejos uno al lado del otro, cada uno, espaciado, precisamente, a 2,5 cm del siguiente. Ahora reduzca todo el ensamblaje, incluyendo la rugosidad, en un factor de un millón, y tendrá una buena red CAT".

Los últimos resultados de las pruebas en rayos X de un prototipo del dispositivo, obtenidos con la ayuda de Eric Gullikson del Laboratorio Nacional Lawrence, en Berkeley, confirmaron que cumple las expectativas teóricas. Los resultados de este trabajo serán publicados en Optics Express (Vol. 16, N º 12) el 9 de junio de 2008. También se los presentó en la 52a Conferencia Internacional de Tecnología de Haces de Electrones, Iones y Fotones y Nanofabricación en Portland, Oregon, el 28 de mayo de 2008, y también se presentará en la Conferencia SPIE sobre Telescopios Astronómicos e Instrumentación en Marsella, Francia, el 23 de junio de 2008.

(jg) (mg)

Más información en:
http://web.mit.edu/