Abstract

Il progetto LANCET affronta uno dei problemi ancora aperti per la realizzazione dell’Einstein Telescope, il futuro rivelatore europeo per le onde gravitazionali: ridurre l’assorbimento della luce negli specchi che dovranno funzionare a temperature criogeniche. L’Einstein Telescope (ET) permetterà di osservare l’Universo con una sensibilità senza precedenti. Per raggiungere questo obiettivo, tuttavia, è necessario sviluppare componenti estremamente avanzati, tra cui gli specchi multistrato capaci di mantenere prestazioni elevate anche a temperature molto basse. Il silicio amorfo (a-Si) e il nitruro di silicio amorfo (a-SiN) sono tra i candidati più promettenti per realizzare gli specchi criogenici di ET. Il loro assorbimento ottico, però, si è rivelato finora troppo elevato per i requisiti estremamente stringenti di ET. Il progetto LANCET propone nuove strategie per ridurre questo assorbimento in entrambi i materiali, con l’obiettivo di renderli realmente utilizzabili negli specchi criogenici di ET. Per raggiungere questo risultato, LANCET combinerà tecniche avanzate di produzione dei film sottili con trattamenti effettuati dopo la deposizione. In entrambi i casi, tecniche di diagnostica in situ permetteranno di monitorare la variazione dei parametri di interesse nel corso del processo. Questo consentirà di individuare le condizioni più efficaci per ridurre l’assorbimento ottico, fino a portarlo a valori compatibili con quelli richiesti dal design di ET.

Riducendo l’assorbimento ottico di a-Si e a-SiN fino a valori mai raggiunti in precedenza, il progetto LANCET contribuirà non solo alla realizzazione degli specchi criogenici dell’Einstein Telescope, ma anche ad aprire nuove possibilità di utilizzo per questi materiali in altri settori della fotonica e dell’opto-elettronica. Materiali caratterizzati da una trasparenza estremamente elevata sono infatti richiesti, per esempio, nei circuiti fotonici integrati, nella microscopia fototermica e negli specchi multistrato per laser ad alta potenza.

Il progetto punta a risolvere il problema dell’assorbimento ottico negli specchi criogenici dell’Einstein Telescope, il rivelatore di onde gravitazionali di prossima generazione da costruirsi in Europa. L’Einstein Telescope (ET) permetterà di migliorare ed espandere notevolmente le osservazioni nell’ambito dell’astronomia gravitazionale, ma il suo successo dipende dalla disponibilità di componenti chiave, quali gli specchi multistrato adatti alle temperature criogeniche.

Fino ad oggi, la ricerca di materiali con le proprietà adatte a comporre gli specchi criogenici di ET è rimasto un problema aperto. Il silicio amorfo (a-Si) e il nitruro di silicio amorfo (a-SiN) sarebbero tra i migliori materiali disponibili, ma il loro assorbimento ottico è risultato finora troppo alto rispetto alle specifiche molto stringenti richieste dal design di ET. Il progetto propone strategie per abbassare l’assorbimento ottico sia nell’ a-Si che nell’ a-SiN, e facendo questo, mira a fornire una soluzione fattibile sulla quale realizzare gli specchi criogenici di ET. Raggiungerà il suo scopo attraverso una combinazione originale di tecniche di ingegnerizzazione dei film sottili e di processi post-deposizione. I materiali verranno depositati in un ambiente ultra-pulito, dove le contaminazioni saranno ridotte al minimo consentito dalla tecnologia disponibile. I processi termici post-deposizione verranno poi ottimizzati attraverso l’utilizzo di tecniche di diagnostica in situ, allo scopo di minimizzare l’assorbimento ottico sia nell’ a-Si che nell’ a-SiN. Nel ridurre fino a valori record l’assorbimento ottico nei due materiali considerati, fornirà non solo una soluzione per fabbricare gli specchi criogenici di ET, ma anche un nuovo paradigma per sfruttare questi materiali in nuove applicazioni opto-elettroniche e fotoniche dove è richiesta una trasparenza estrema, come per esempio i circuiti fotonici integrati, la spettromicroscopia fototermica, e gli specchi multistrato per laser ad alta potenza.