Lo scienziato dei materiali Nobuhiko Kobayashi non era del tutto sicuro del motivo per cui l'astronomo che ha incontrato a una degustazione di vini diversi anni fa fosse così interessato alla sua ricerca, ma quando ha imparato di più sugli specchi dei telescopi ha cominciato ad avere un senso.

"Si scopre che il miglioramento delle prestazioni degli specchi riguarda esclusivamente i materiali a film sottile, ed è quello che faccio. Così poi mi sono agganciato, " disse Kobayashi, un professore di ingegneria elettrica presso la Baskin School of Engineering dell'UC Santa Cruz.

L'astronomo era Joseph Miller, ex direttore degli Osservatori UC (UCO), il cui interesse ha portato a una fiorente collaborazione tra Kobayashi e gli astronomi dell'UC Santa Cruz Andrew Phillips e Michael Bolte. Con il finanziamento della National Science Foundation e il supporto dell'attuale direttore dell'UCO Claire Max, i ricercatori stanno sviluppando nuovi rivestimenti protettivi per i grandi specchi dei telescopi a base d'argento adattando una tecnica ampiamente utilizzata nell'industria della microelettronica.

Secondo Phillips, la maggior parte degli specchi dei telescopi astronomici utilizza l'alluminio per lo strato riflettente, nonostante le superiori proprietà riflettenti dell'argento. "L'argento è il materiale più riflettente, ma è schizzinoso con cui lavorare, e si appanna e si corrode facilmente, "Ha detto. "Hai bisogno di strati di barriera sulla parte superiore che possano impedire a qualsiasi cosa di passare attraverso l'argento senza rovinare le caratteristiche ottiche dello specchio".

I telescopi esistenti potrebbero aumentare sostanzialmente la loro efficienza rivestendo i loro specchi con argento invece che con alluminio. "È di gran lunga il modo più economico per rendere i nostri telescopi effettivamente più grandi, " disse Bolte. "Il motivo per cui vogliamo telescopi più grandi è raccogliere più luce, quindi se i tuoi specchi riflettono più luce è come ingrandirli."

La nuova tecnologia di rivestimento in fase di sviluppo presso l'UC Santa Cruz potrebbe renderlo fattibile. I ricercatori stanno utilizzando una tecnica chiamata deposizione di strati atomici (ALD), che costruisce gradualmente un sottile film di materiale, uno strato molecolare alla volta, con ottima uniformità, controllo dello spessore, e conformità alla superficie del supporto. In uno studio pilota, L'ALD ha fornito rivestimenti protettivi molto migliori per i campioni di specchi d'argento rispetto alle tradizionali tecniche di deposizione fisica.

"La deposizione dello strato atomico ha prestazioni significativamente migliori, " Phillips ha detto. "Il problema è che i sistemi utilizzati nell'industria elettronica sono progettati per wafer di silicio, quindi sono troppo piccoli per uno specchio da telescopio."

I risultati dello studio pilota, che utilizzava un sistema ALD nel laboratorio di Kobayashi progettato per la microelettronica, ha convinto il team a progettare un sistema più grande che potesse ospitare specchi del telescopio. Hanno depositato un brevetto sul loro concetto e hanno trovato un fornitore di apparecchiature disposto a lavorare con loro per costruire il sistema. Il venditore, Industrie dei materiali strutturati (SMI) a Piscataway, New Jersey, realizza sistemi di deposizione di film sottili per l'industria della microelettronica.

"Abbiamo dato loro il concetto e le nostre esigenze, e hanno fatto il lavoro di progettazione ingegneristica e la fabbricazione, " disse Kobayashi.

Il nuovo sistema è stato consegnato al suo laboratorio a luglio e ha dato buoni risultati nei test iniziali. I ricercatori utilizzeranno il sistema per dimostrare che funziona con gli specchi dei telescopi e altri grandi substrati e per continuare a perfezionare i rivestimenti. Il sistema può ospitare uno specchio fino a 0,9 metri di diametro, e non c'è motivo per cui il design non possa essere ridimensionato per ospitare specchi o segmenti di specchi ancora più grandi, ha detto Phillips. Gli specchi primari da 10 metri dei due telescopi Keck alle Hawaii sono composti da segmenti esagonali di 1,8 metri di diametro, e i segmenti dello specchio per il Thirty Meter Telescope (TMT) avranno un diametro di 1,4 metri.

Secondo Bolte, il desiderio di utilizzare l'argento sui segmenti degli specchi TMT è uno dei principali driver della loro ricerca su nuove tecnologie di rivestimento. Ma si aspetta che la tecnologia verrà utilizzata anche per rivestire gli specchi dei telescopi esistenti. Uno specchio rivestito di alluminio dura da tre a cinque anni prima di dover essere riverniciato, un processo che mette temporaneamente fuori uso il telescopio.

"Odiamo perdere il tempo del telescopio, e perdiamo un sacco di notti ricoprendo i segmenti a Keck, " Phillips ha detto. "Ci piacerebbe avere un rivestimento d'argento che potrebbe durare da cinque a dieci anni".

A questo punto, i ricercatori stanno usando un processo di deposizione fisica per mettere il rivestimento d'argento sui pezzi grezzi dello specchio insieme a uno strato barriera iniziale per proteggere l'argento mentre lo specchio viene trasferito al sistema ALD. La deposizione dello strato atomico viene quindi utilizzata per gli strati barriera finali.

"Proprio adesso, è un processo ibrido, ma stiamo seguendo lo sviluppo della deposizione di strati atomici anche per il rivestimento d'argento, " ha detto Phillips.

Bolte ha affermato che la nuova tecnologia potrebbe avere un grande impatto in astronomia, allo stesso modo in cui l'avvento dei rivelatori digitali in sostituzione delle lastre fotografiche ha dato nuova vita ai piccoli telescopi in tutto il mondo diversi decenni fa. "Questo è l'ultimo trucco che abbiamo per rendere più efficienti i telescopi esistenti, " ha detto. "Potrebbe davvero fare una grande differenza."