Le Southwest Research Institute (SwRi) investit des fonds internes pour développer des surfaces de conversion plus efficaces permettant aux futurs instruments spatiaux de collecter et d’analyser des particules de basse énergie. Recouvrant un wafer de silicium, ces surfaces ultra-lisses et ultra-fines convertissent les atomes neutres en ions pour une détection plus efficace des particules provenant de l’espace.
Le changement de charge des particules simplifie et améliore les capacités de détection et d’analyse.
Les docteurs Jianliang Lin de la division d’ingénierie mécanique de l’institut et Justyna Sokół de la division des sciences spatiales de SwRI dirigent ce projet multidisciplinaire. Celui-ci s’appuie sur la création réussie de surfaces de conversion pour l’instrument IMAP-Lo de la sonde spatiale Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP). IMAP, dont le lancement est prévu en 2025, aidera les chercheurs à mieux comprendre les limites de notre héliosphère, la région de l’espace englobant le système solaire, où le vent solaire exerce une influence significative.
« Lorsque des atomes de basse énergie entrent dans l’instrument depuis l’espace, ils rebondissent sur la surface de conversion et gagnent ou perdent un électron, déséquilibrant leur charge électrique. Cela facilite l’augmentation de leur vitesse et l’analyse de leur masse et d’autres propriétés », explique Justyna Sokół.
Des surfaces ultra-fines et ultra-lisses
Il est essentiel que ces surfaces maintiennent leur efficacité de conversion au cours de missions parfois longues de plusieurs décennies.
« L’épaisseur de la surface de conversion est généralement inférieure à 50 nanomètres, plus de 1 000 fois plus fine qu’un cheveu humain », précise Jianliang Lin. « La surface doit également être la plus lisse possible, proche de la perfection. Si elle n’est pas suffisamment lisse, les particules seront ralenties par la dispersion d’énergie, ce qui rendra beaucoup plus difficile la détection et l’analyse de leurs propriétés. »
De nouveaux matériaux prometteurs
S’appuyant sur les recherches menées à l’Université de Berne, Lin et Sokół travaillent maintenant à la création de surfaces de conversion encore plus efficaces en tellurure de cadmium (CdTe) et séléniure de zinc (ZnSe).
« Les films minces de tellurure de cadmium et de séléniure de zinc sont de nouveaux matériaux pour les surfaces de conversion qui pourraient potentiellement réduire la dispersion angulaire à la surface afin d’améliorer l’efficacité de conversion », souligne Jianliang Lin.
SwRI a réussi à créer un film mince de ZnSe répondant aux normes de lissage. La prochaine étape consistera à tester l’efficacité du matériau en tant que surface de conversion.
« SwRI est particulièrement capable de relever ce type de défi, avec une expertise considérable dans l’instrumentation spatiale et le développement de films minces », conclut Jianliang Lin. « Cette collaboration interdisciplinaire a rendu cela possible, et c’est pourquoi nous sommes convaincus de pouvoir créer des surfaces de conversion meilleures et plus efficaces. »
Légende illustration : Les scientifiques de SwRI collaborent avec des spécialistes des matériaux pour créer des surfaces de détection de particules plus efficaces pour les instruments des engins spatiaux. La photo montre un substrat de surface de conversion développé spécifiquement pour l’instrument IMAP-Lo. Crédit : Southwest Research Institute
