Швейцарські дослідники з Empa та ETH Zürich створили перші тонкоплівкові перовскітові сенсори, у яких червоний, зелений і синій шари «складені» один над одним. Така каскадна архітектура поглинає увесь потік фотонів кожного пікселя й теоретично дає утричі більшу світлочутливість та просторову роздільну здатність, ніж у класичних кремнієвих матриць із кольоровими фільтрами.
Чим перовскіт краще за «класичні» сенсори — Hubble та James Webb?
Втрати на фільтрах. CCD-камери «Габбла» (WFC3 / UVIS) мають пікову квантову ефективність до ~85 % у жовто-зеленій зоні, але через RGB-фільтри кожен піксель отримує тільки третину доступного світла. У перовскітовій матриці фільтрів немає, тому реальна ефективність може перевищити 90 % по всьому видимому діапазону.
Одна матриця замість двох. HgCdTe-детектори NIRCam на James Webb покривають 0,6–5 µm з QE 70–90 %, але вимагають двоканальної схеми (коротко- та довгохвильовий фокуси) і кріогенного охолодження до ≈37 K. Перовскіт дозволяє «тонкою хімією» підлаштувати граничну зону й отримати той самий спектр у кімнатних або помірно охолоджених умовах, економлячи масу та енергію системи.
Гіперспектр без колеса фільтрів. Точна зміна складу (Cl/Br/I) дає «вбудовані» канали на конкретні астрофізичні лінії (H-α, O III тощо), тож механічне колесо з фільтрами стає непотрібним.
Чого ще бракує?
Для забезпечення вимог, що висуваються до космічних апаратів, новим сенсорам необхідно пройти стадію мініатюризації. У прототипах розмір пікселя 0,5–1 мм; для космічних камер потрібно ≤10–18 µm. Команда Empa визнає, що це окремий цикл науково-дослідної та конструкторської роботи.
Радіаційний захист є неодмінною частиною будь-якої конструкції, що потрапляє у космос. Однокристальні MAPbBr₃-детектори витримують 3 МеВ протони до дози 1 MGy з повним самовідновленням струму за кімнатної температури. Однак телескоп на низькій орбіті за 10–15 років набирає ще більшу сумарну дозу, тож потрібні довші випробування та екранування.
Ресурс конструкції та її здатність витримувати деградацію від УФ і термоциклів також будуть цікавим викликом для інженерів. Хоча вакуум рятує від вологи, але потрібно розробити надійну інкапсуляцію та «самозцілювальні» прошарки, аби кристали не розпадалися під сонячним ультрафіолетом.
Технологія перовскітових сенсорів може стати корисною вже у найближчі роки: її високочутливі матриці, що не потребують громіздкого охолодження, дозволяють створювати CubeSat-обсерваторії для оперативного відстеження спалахів наднових і гамма-вибухів; у гіперспектральних супутниках для спостережень Землі та Марса багатошарові пікселі зможуть замінити цілий набір механічних фільтрів; у посадкових апаратах на Місяць чи астероїди, де кожен грам і ватт критично важливі, такі сенсори забезпечать потрібні наукові дані протягом 2–3 років роботи; нарешті, доведена радіаційна стійкість на рівні понад 100 крад відкриє шлях до використання перовскітових матриць у Hubble-Next та інших великих оглядових телескопах 2030-х років.
Хочете побачити, як «очі» нових телескопів можуть змінити наше розуміння Всесвіту вже найближчим часом? Ознайомтесь із матеріалом «Обсерваторія імені Вери Рубін: найширший погляд на світ навколо нас».
