Le scientifique des matériaux Nobuhiko Kobayashi ne savait pas trop pourquoi l'astronome qu'il avait rencontré lors d'une dégustation de vin il y a plusieurs années était si intéressé par ses recherches, mais au fur et à mesure qu'il en apprenait plus sur les miroirs des télescopes, cela commençait à avoir un sens.

"Il s'avère que l'amélioration des performances des miroirs est une question de matériaux à couche mince, et c'est ce que je fais. Alors je suis devenu accro, " dit Kobayashi, professeur de génie électrique à la Baskin School of Engineering de l'UC Santa Cruz.

L'astronome était Joseph Miller, ancien directeur des observatoires UC (UCO), dont l'intérêt a conduit à une collaboration florissante entre Kobayashi et les astronomes de l'UC Santa Cruz, Andrew Phillips et Michael Bolte. Avec le financement de la National Science Foundation et le soutien de Claire Max, directrice actuelle de l'UCO, les chercheurs développent de nouveaux revêtements protecteurs pour les grands miroirs de télescopes à base d'argent en adaptant une technique largement utilisée dans l'industrie de la microélectronique.

Selon Phillips, la plupart des miroirs de télescopes astronomiques utilisent de l'aluminium pour la couche réfléchissante, malgré les propriétés réfléchissantes supérieures de l'argent. "L'argent est le matériau le plus réfléchissant, mais il est difficile de travailler avec, et il se ternit et se corrode facilement, " Il a dit. " Vous avez besoin de couches barrières sur le dessus qui peuvent empêcher quoi que ce soit de passer à travers l'argent sans gâcher les caractéristiques optiques du miroir. "

Les télescopes existants pourraient augmenter considérablement leur efficacité en recouvrant leurs miroirs d'argent au lieu d'aluminium. "C'est de loin le moyen le moins cher d'agrandir efficacement nos télescopes, " a déclaré Bolte. " La raison pour laquelle nous voulons des télescopes plus grands est de collecter plus de lumière, donc si vos miroirs réfléchissent plus de lumière, c'est comme si vous les agrandissiez."

La nouvelle technologie de revêtement en cours de développement à l'UC Santa Cruz pourrait rendre cela possible. Les chercheurs utilisent une technique appelée dépôt de couche atomique (ALD), qui construit progressivement une fine pellicule de matière, une couche moléculaire à la fois, avec une excellente uniformité, contrôle d'épaisseur, et la conformité à la surface du substrat. Dans une étude pilote, ALD a fourni des revêtements protecteurs bien meilleurs pour les échantillons de miroir d'argent que les techniques traditionnelles de dépôt physique.

« Le dépôt de couche atomique est nettement meilleur, " a déclaré Phillips. " Le problème est que les systèmes utilisés dans l'industrie électronique sont conçus pour des plaquettes de silicium, ils sont donc trop petits pour un miroir de télescope."

Les résultats de l'étude pilote, qui utilisait un système ALD dans le laboratoire de Kobayashi conçu pour la microélectronique, convaincu l'équipe de concevoir un système plus grand pouvant accueillir des miroirs de télescope. Ils ont déposé un brevet sur leur concept et trouvé un fournisseur d'équipement prêt à travailler avec eux pour construire le système. Le vendeur, Industries des Matériaux Structurés (SMI) à Piscataway, New Jersey, fabrique des systèmes de dépôt de couches minces pour l'industrie de la microélectronique.

« Nous leur avons donné le concept et nos exigences, et ils ont fait le travail de conception technique et de fabrication, " a déclaré Kobayashi.

Le nouveau système a été livré à son laboratoire en juillet et a donné de bons résultats lors des tests initiaux. Les chercheurs utiliseront le système pour démontrer qu'il fonctionne pour les miroirs de télescope et d'autres grands substrats et pour continuer à perfectionner les revêtements. Le système peut accueillir un miroir jusqu'à 0,9 mètre de diamètre, et il n'y a aucune raison pour que la conception ne puisse pas être agrandie pour accueillir des miroirs ou des segments de miroir encore plus grands, dit Phillips. Les miroirs primaires de 10 mètres des télescopes jumeaux Keck à Hawaï sont composés de segments hexagonaux de 1,8 mètre de diamètre, et les segments de miroir du télescope de trente mètres (TMT) mesureront 1,4 mètre de diamètre.

Selon Bolte, la volonté d'utiliser l'argent sur les segments des miroirs TMT est un moteur majeur de leurs recherches sur les nouvelles technologies de revêtement. Mais il s'attend à ce que la technologie soit également utilisée pour recouvrir les miroirs des télescopes existants. Un miroir recouvert d'aluminium dure environ trois à cinq ans avant d'avoir besoin d'être repeint, un processus qui met temporairement le télescope hors d'usage.

"Nous détestons perdre du temps au télescope, et nous perdons beaucoup de nuits à recouvrir des segments à Keck, " Phillips a déclaré. "Nous aimerions avoir un revêtement d'argent qui pourrait durer cinq à dix ans."

À ce point, les chercheurs utilisent un processus de dépôt physique pour appliquer le revêtement d'argent sur les ébauches de miroir avec une couche barrière initiale pour protéger l'argent pendant que le miroir est transféré vers le système ALD. Le dépôt de couche atomique est ensuite utilisé pour les couches barrières finales.

"À l'heure actuelle, c'est un processus hybride, mais nous suivons également le développement du dépôt de couche atomique pour le revêtement d'argent, ", a déclaré Phillips.

Bolte a déclaré que la nouvelle technologie pourrait avoir un impact important en astronomie, de la même manière que l'avènement des détecteurs numériques pour remplacer les plaques photographiques a donné une nouvelle vie aux petits télescopes à travers le monde il y a plusieurs décennies. "C'est la dernière astuce dont nous disposons pour rendre les télescopes existants plus efficaces, " at-il dit. " Cela pourrait vraiment faire une grande différence. "