Mejoran técnica clave para detectar luz ultravioleta en mundos habitables

El Observatorio de Mundos Habitables (HWO, por las siglas en inglés de Habitable Worlds Observatory) es una futura misión de la NASA que, como su nombre sugiere, estará centrada en el estudio de planetas con posibilidades de ser habitables.

El Observatorio de Mundos Habitables será sensible no solo a la luz con longitud de onda visible para el ser humano, sino también a la infrarroja y a la ultravioleta.

Uno de los instrumentos propuestos para misiones de este tipo es el espectrógrafo LUMOS, diseñado para revolucionar la espectroscopia de alta resolución y cuyo canal de imágenes se beneficiaría enormemente de mejores filtros en el ultravioleta lejano.

LUMOS (LUVOIR Ultraviolet Multi Object Spectrograph) es un espectrógrafo multiobjeto que abarca desde los 100 nanómetros hasta los 1000.

Eso cubre buena parte del ultravioleta lejano, la luz visible e incluso un poco de la banda del infrarrojo cercano.

LUVOIR (Large UV/Optical/IR Surveyor) es, al igual que el Observatorio de Mundos Habitables, un ambicioso observatorio espacial propuesto para el futuro.

Investigadoras e investigadores del Centro de Microanálisis de Materiales de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) en España, el Instituto de Óptica del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en España y el Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA en Estados Unidos completaron recientemente un trabajo destinado a optimizar por primera vez un nuevo recubrimiento óptico reflectante que se puede utilizar en dispositivos ópticos que operan en el ultravioleta lejano.

El nuevo recubrimiento óptico busca satisfacer las mejoras necesarias en la detección de luz en el ultravioleta lejano que se necesitan en la misión del Observatorio de Mundos Habitables y otros observatorios futuros.

Para lograr mejores filtros en el ultravioleta lejano, es fundamental dotarlos con una muy alta reflectancia y lograr que sean muy sensibles a cambios en la longitud de onda.

Los recubrimientos multicapa de fluoruro son actualmente la mejor opción, pero necesitan mejorarse para la próxima generación de misiones espaciales.

El diseño de espejos y filtros ópticos capaces de reflejar eficientemente la luz ultravioleta lejana plantea hoy en día un gran desafío tecnológico.

En esta parte del espectro electromagnético, por debajo de los 200 nanómetros de longitud de onda, la mayoría de materiales absorben fuertemente la radiación debido a las altas energías involucradas.

Esto reduce en gran medida la disponibilidad de sustancias con baja absorción que puedan utilizarse en espejos para luz ultravioleta.

A estas longitudes de onda, los efectos cuánticos son relevantes en la interacción luz-materia, haciendo muy difícil predecir y controlar con precisión los índices de refracción y demás características de cada nuevo material.

Esto complica el diseño de nuevos recubrimientos multicapa, donde se requiere un control nanométrico de los espesores de capa.

En el nuevo estudio, el equipo de Paloma López Reyes, del Instituto de Óptica del CSIC, ha caracterizado mediante microscopía de fuerza atómica y espectrometría de iones la rugosidad de la capa, el tamaño de grano y los problemas de mezcla entre capas de los recubrimientos formados por capas alternas de fluoruro de aluminio y fluoruro de lantano.

Los autores del estudio lo han comparado con los sistemas tradicionales de fluoruro de magnesio y lantano.

Los resultados demuestran que los recubrimientos de aluminio y lantano presentan menores defectos estructurales.

En teoría, cuantas más bicapas se utilicen, más aumentará la reflectancia, pero también aumenta la rugosidad de la superficie y otros defectos.

En el estudio se encontró que el número óptimo eran 15 bicapas que con los recubrimientos multicapa de AlF3/LaF3 consiguieron reflejar el 87% de la luz ultravioleta con longitud de onda de 121,6 nanómetros en comparación con el 75% de los recubrimientos multicapa de MgF2/LaF3.

Este trabajo sienta las bases para optimizar el diseño de espejos y filtros ópticos ultravioletas que serán imprescindibles para la próxima generación de grandes telescopios espaciales de la NASA, acelerando el progreso científico en esta parte crucial pero aún poco explorada del espectro electromagnético.

Además de la nueva generación de telescopios espaciales, otros campos tecnológicos pueden beneficiarse de los avances en los recubrimientos reflectantes del ultravioleta lejano.

Estos incluyen la óptica del láser excimer, que es un tipo de láser ultravioleta.

Los recubrimientos para el ultravioleta lejano también pueden ser útiles en campos como los reactores de fusión termonuclear para la caracterización del hidrógeno y también en la industria de fabricación de microchips mediante litografía.

Fuente: Applied Surface Science