Nanotechnologie maakt ALMA nauwkeuriger

Nanotechnoloog ir. Chris Lodewijk is erin geslaagd de meetnauwkeurigheid van de toekomstige supertelescoop ALMA op de Chileense Chajnator-hoogvlakte flink te verhogen. Hij is vandaag gepromoveerd op dit onderwerp aan de TU Delft.

In de Chileense Atacama-woestijn werken technici en astronomen uit de hele wereld momenteel aan de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Deze bestaat uit 66 geavanceerde schotelantennes die op een hoogte van 5000 meter boven zeeniveau in aanbouw zijn en samen een ongekend nauwkeurig beeld van het heelal zullen geven. Ze moeten vooral nieuw licht werpen op de vraag hoe sterren en planeten zijn ontstaan. ALMA is naar verwachting in 2012 operationeel en wordt door astronomen gezien als een grote stap voorwaarts voor het vakgebied.

Nederlandse astronomen zijn erg actief in de ontwikkeling van ALMA. Maar ook uit de hoek van de nanotechnologie zijn er belangrijke bijdragen. De nieuwste is afkomstig van promovendus Chris Lodewijk en technicus Tony Zijlstra van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft. Hij wist de meetnauwkeurigheid van ALMA in een cruciaal frequentiegebied drastisch te verhogen door de werking van een belangrijke component te verbeteren. Het draait daarbij om zogenoemde supergeleidende tunneljuncties. Deze minuscule sensoren bestaan uit twee supergeleiders die zijn gescheiden door een 1 tot 2 nanometer dikke isolerende laag, meestal van aluminiumoxide, met een oppervlak van 500 bij 500 nanometer.

Het is echter onvermijdelijk dat een zeer dunne laag van 1 nanometer aluminiumoxide hier en daar ‘lek’ is. Lodewijk heeft daarom onderzoek gedaan naar de vervanging van aluminiumoxide door aluminiumnitride (AlN), met spectaculaire resultaten. Met aluminiumnitride blijkt de laag namelijk veel homogener en wordt de meetnauwkeurigheid, in het gebied van 602 tot 720 GHz, veel beter. Voor dit golflengtegebied bouwt Nederland de ontvangers in de telescopen. Deze zogeheten band-9-ontvangers worden gemaakt bij SRON in opdracht van NOVA.

Het onderzoeksgebied van Lodewijk, supergeleidende tunneljuncties, is overigens ook essentieel voor de werking van de Herschel Space Telescope, die in april wordt gelanceerd. Een groot deel van de cruciale tunneljuncties voor de meetinstrumenten van de infraroodtelescoop Herschel is in Delft ontwikkeld.