由光学学会 在先进的低温设备中对新超材料瓦片进行的热测试表明，它们可以有效地冷却到必要的低温温度
荣誉:埃里克·苏卡尔，《今日宾夕法尼亚》 一个多机构研究小组已经开发出了新的超材料瓷砖，这将有助于提高正在智利著名的西蒙斯天文台建造的望远镜的灵敏度
这些瓦片已被纳入接收器，将于2022年在天文台部署
西蒙斯天文台是一项雄心勃勃的工作的中心，这项工作使用世界上最大和最复杂的地基望远镜来测量宇宙微波背景——宇宙早期留下的电磁辐射
这些测量将有助于我们更好地理解宇宙是如何开始的，它是由什么组成的，以及它是如何演变成今天的样子的
宾夕法尼亚大学的首席作者徐志雷说:“西蒙斯天文台的望远镜将使用一种新的超灵敏毫米波照相机，以前所未有的灵敏度测量大爆炸的余辉。”
“我们开发了一种新的低成本吸收瓦，将用于相机，以吸收环境排放物，这些排放物可能会模糊我们想要测量的信号
" 在光学学会(OSA)的《应用光学》杂志上，研究人员表明，他们开发的超材料微波瓦吸收了99%以上的毫米波辐射，并在毫米波相机工作的极低温度下保持了吸收特性
徐说:“因为瓷砖可以用市场上可买到的材料注射成型，所以它们是一种经济、可大规模生产、易于安装的解决方案，解决了这个长期存在的问题。”
「有了这项技术，西蒙斯天文台将从许多方面改变我们对宇宙的认识，包括宇宙的起源、星系的形成和演化，以及第一批恒星的点火
" 徐志雷将240块新的吸收瓦安装到一个光学管中，该光学管将用于西蒙斯天文台的大口径望远镜接收器
学分:宾夕法尼亚大学徐志雷分校 低温工作 地基毫米波望远镜使用冷却到低温的接收器来降低噪音，从而提高灵敏度
接收器技术已经发展到任何数量的杂散光都会降低图像质量，同时还会降低检测器的灵敏度
抑制接收器内杂散光的更好方法是进一步提高接收器对来自太空深处的微弱信号的灵敏度
然而，开发一种能够在极低温度下工作时抑制杂散光的材料是非常具有挑战性的
以前的尝试导致材料要么不能有效地冷却到低温，要么不能实现低反射率和高吸收的必要结合
其他解决方案也往往难以安装或难以大规模生产
为了克服这些挑战，研究人员转向超材料，因为它们可以被改造成自然界中不存在的特殊性质
经过复杂的电磁模拟研究，研究人员设计了基于碳粒子和塑料结合的材料的超材料
研究人员开发了新的超材料瓦片，通过吸收杂散光来提高西蒙斯天文台望远镜的灵敏度
左上角的照片显示了一个瓷砖，其抗反射表面显示在插件中
左下角的照片显示了瓷砖的背面，右图显示了安装在光学管壁上的240块瓷砖的组件
学分:宾夕法尼亚大学徐志雷分校 减少反射 虽然塑料复合材料在电磁波谱的所需微波区域表现出高吸收，但在进入材料内部被吸收之前，表面反射了大量的辐射
为了减少反射，研究人员添加了一种抗反射涂层，这种涂层是使用注射成型技术定制的
徐说:“低反射率表面与高吸收体材料相结合，使得超材料吸波瓦能够在接近绝对零度的低温下出色地抑制不想要的信号。”
在确保由新的超材料制成的瓷砖可以机械地经受住从室温到低温的热循环之后，研究人员验证了它们可以有效地冷却到-272摄氏度(-458华氏度)，然后测量它们的光学性能
“我们开发了一个定制的测试设备来测量瓷砖的高保真性能，”领导这项研究的光学测量的芝加哥大学研究生格雷斯·切斯莫尔说
测试表明，超材料表现出优异的低散射反射性能，并且几乎吸收了所有入射光子
“随着毫米波望远镜探测器灵敏度的不断提高，控制散射光子变得至关重要，”徐说
“超材料和注射成型制造的成功结合为毫米波仪器科学仪器设计开辟了许多可能性
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