Un detector que ve núcleos de helio exprés
Una partícula alfa es un núcleo de helio que sale despedido durante la desintegración de átomos pesados. Al entrar en un cristal de nitruro de galio, le transfiere su energía y genera un pulso eléctrico. Por la altura del pulso se puede saber cuánta energía tenía la partícula. Pero en el camino hacia la zona sensible, la partícula pierde parte de su fuerza en la llamada capa muerta, una fina región inactiva en la superficie. Cuanto más delgada es esta capa, más precisa es la medición.
Los ingenieros cultivaron el cristal de nitruro de galio capa a capa, como un pastel, y añadieron un anillo de guarda, un electrodo especial que desvía las corrientes parásitas por los bordes. Como resultado, la capa muerta fue de solo 20 nanómetros, cientos de veces más delgada que un cabello humano. Con un voltaje inverso de 200 voltios, la corriente de fuga resultó insignificante: 2,195 nanoamperios, aproximadamente como la corriente a través de un transistor apagado en un teléfono. Y a 260 voltios, el detector recogía el 95,9% de la carga y distinguía energías con una precisión del 2,69%.
Pero el hallazgo principal tiene que ver con la "cola" en el gráfico de energías. A veces el detector no muestra un pico nítido, sino una larga pendiente suave a la izquierda, como si algunas partículas llegaran debilitadas. Durante mucho tiempo se buscó la causa en el ruido o en imperfecciones del cristal. Los autores del trabajo simularon por primera vez el proceso en el programa Geant4 y vieron: la culpable es la falta de uniformidad de la zona de agotamiento. Esta zona es el volumen de trabajo del detector, donde el campo eléctrico recoge la carga. Si su espesor varía ligeramente en diferentes puntos, parte de la energía se escapa a regiones "silenciosas" y la señal resulta subestimada.
El modelo construido sobre este principio coincidió con el experimento. Ahora los desarrolladores saben dónde mirar: para eliminar la cola, hay que hacer la zona de agotamiento lo más plana y homogénea posible. Estos detectores serán útiles en naves espaciales, donde las partículas alfa bombardean la electrónica, y en laboratorios nucleares, donde es importante conocer con precisión la energía de cada partícula.
El nitruro de galio es el mismo material del que están hechos los LED azules en lámparas y pantallas. Su capacidad para soportar altos voltajes y radiación lo convierte en un candidato ideal para detectores en el espacio exterior.