Кристалл-ловец для редких событий экспресс
Шёпот в шумном зале можно поймать только очень чувствительным микрофоном, который сам почти не шумит. В физике редких событий такую роль играют детекторы из сверхчистого германия — полупроводникового кристалла, превращающего пролетающую частицу в крошечный электрический импульс. Но чем больше кристалл, тем труднее сохранить его «тишину»: растёт электрическая ёмкость, а с ней и шум.
Новая идея — сделать на кристалле не плоский контакт, а кольцевую канавку, вырезанную по кругу. Такая форма должна сохранить низкую ёмкость даже у крупных кристаллов, как у маленьких точечных детекторов. Но вырезать канавку в германии — задача не из простых: материал хрупкий, поверхность после обработки нужно идеально восстановить, а затем покрыть тонкими слоями аморфного германия и алюминия. До сих пор никому не удавалось довести такой детектор до рабочего состояния.
Команда из Университета Южной Дакоты впервые изготовила два компактных прототипа таких детекторов и проверила их при температуре жидкого азота. Оба образца стабильно держали напряжение, а при подаче около 340 вольт начинали «чувствовать» частицы — это совпало с расчётами. Детекторы зарегистрировали гамма-кванты от америция-241 (есть в бытовых датчиках дыма) и цезия-137 (продукт ядерных реакций). Это доказало, что вся технологическая цепочка — сверление, резка канавки, полировка, напыление, монтаж — работает.
Пока это не готовые большие детекторы, а лишь проверка принципа. Следующий шаг — научиться наносить литиевый контакт на неровную поверхность канавки. Если получится, такие кристаллы лягут в основу будущих экспериментов по поиску двойного бета-распада без нейтрино — процесса, который мог бы объяснить, почему во Вселенной есть вещество, а не только свет.
Германий — один из немногих материалов, который можно очистить до такой степени, что на триллион атомов приходится лишь один атом примеси. Такой кристалл размером с кулак — один из самых чистых твёрдых объектов во Вселенной.
В романе Станислава Лема «Глас Господа» учёные ищут сигнал среди космического шума, используя сверхчувствительные детекторы — подобные германиевые кристаллы могли бы стоять в их лаборатории.