Wykrycie metanu na Marsie i co dalej? – rozmowa o polskich detektorach podczerwieni

“Polska firma jest jednym ze światowych liderów sprzedaży tego typu detektorów.” – mówi mjr dr hab. inż. Małgorzata Kopytko z Wydziału Nowych Technologii i Chemii Wojskowej Akademii Technicznej, wyróżniona nagrodą Prezesa Rady Ministrów za wysoko ocenione osiągnięcia, będące podstawą do nadania stopnia doktora habilitowanego. Rozmowę przeprowadziła Karolina Sobczyńska.

Gala Nauki Poskiej w Toruniu fot. Wojtek Szabelski (Na zdjęciu mjr dr hab. inż. Małgorzata Kopytko)Gala Nauki Poskiej w Toruniu fot. Wojtek Szabelski (Na zdjęciu mjr dr hab. inż. Małgorzata Kopytko)

 

Polskie detektory podczerwieni znalazły przede wszystkim zastosowanie w medycynie przy wykrywaniu markerów chorobowych czy bezkontaktowych badaniach stężenia glukozy we krwi.  Zostały też wykorzystane w łaziku Curiosity biorącym udział w misji na Marsa, dzięki czemu wykryto tam metan. Dlaczego akurat polskie detektory podczerwieni? 

Głównym celem detektorów podczerwieni w misji na Marsa była analiza składu chemicznego atmosfery. Z tego, co mi wiadomo, NASA badała też detektory dwóch innych konkurencyjnych firm, ale ostatecznie wybrała polskie detektory podczerwieni produkowane przez firmę VIGO System z Ożarowa Mazowieckiego. Pod względem parametrów i niezawodności okazały się one najlepsze i dlatego zostały wybrane do tej misji. 

  

W takim razie, co wyjątkowego jest w polskich detektorach podczerwieni? 

Są one małe, niezawodne, charakteryzują się wysoką czułością, dużą szybkością działania. Ma to też związek z tym, że nie wymagają chłodzenia. Typowe detektory podczerwieni wymagają chłodzenia kriogenicznego. Taki detektor umieszczony jest w naczyniu Dewara – jest to termos sporych rozmiarów, który musi wytrzymywać temperaturę ciekłego azotu (około – 196 stopni Celsjusza). Obsługa tego typu urządzenia jest czasochłonna, niewygodna i kosztowna – wymaga uzupełniania ciekłego azotu, który po pewnym czasie odparowuje, także nie są one obecnie powszechne w użyciu. 

Polskie detektory mają taką konstrukcję (opracowywaną i rozwijaną przez lata najpierw przez naukowców Wojskowej Akademii Technicznej, później przez naukowców zakładających firmę VIGO System), która umożliwia im pracę bez konieczności chłodzenia kriogenicznego – mogą pracować w temperaturze pokojowej bądź przy nieznacznym chłodzeniu przy użyciu małych, tanich chłodziarek termoelektrycznych. Pozwala to na dużą oszczędność czasu i kosztów. Polska firma jest jednym ze światowych liderów sprzedaży tego typu detektorów. 

  

Czym konkretnie zajmuje się Wojskowa Akademia Techniczna w zakresie badań? 

Firma VIGO System została założona przez naukowców pracujących w Wojskowej Akademii Technicznej. Rozwijali oni swoje pomysły i aby te pomysły skomercjalizować, postanowili założyć firmę. Pierwsze detektory podczerwieni były rozwijane głównie przez prof. Józefa Piotrowskiego. On rozpoczął pracę nad detektorami niechłodzonymi. Naukowcy z WAT we współpracy z pracownikami VIGO biorą udział w badaniach nad tymi detektorami. Współpraca jest obopólna. Posiadamy wspólne laboratoria, w których wytwarzane są przyrządy. 

  

Wykrycie metanu na Marsie, medycyna i co dalej? Jakie są dalsze plany badań? 

Na razie w Polsce produkowane są pojedyncze detektory – czyli mamy jeden piksel. Dalszym planem jest zbudowanie najpierw małych macierzy detektorów, czyli takich kilka-na-kilkanaście pikseli, aż w końcu wytworzenie matryc detektorów podczerwieni. Chcemy przejść od pojedynczego detektora do całej matrycy. 

  

Gdzie mogłoby to później znaleźć zastosowanie? 

Takim podstawowym zastosowaniem są na przykład kamery podczerwieni. 

  

Czym zajmuje się Pani w zakresie badań? 

Zajmuję się symulacjami numerycznymi zjawisk fotoelektrycznych zachodzących w detektorach fotonowych. Żeby zbadać przyrząd, trzeba najpierw go wytworzyć w procesie, który zawiera szereg kroków technologicznych, później go umieścić w obudowie, podłączyć i scharakteryzować. Zajmuje to dużo czasu, a także dużo kosztuje. Symulacje numeryczne umożliwiają badanie np. wpływu zmian w konstrukcji detektora na jego parametry bez konieczności wytwarzania fizycznych przyrządów. Pozwala to na zaoszczędzenie kosztów i czasu. Poprzez wykonanie symulacji numerycznych możemy optymalizować ten przyrząd. 

  

Z tego, co mi wiadomo, detektory podczerwieni stosowane na całym świecie bazują na tellurku kadmowo-rtęciowym. Unia Europejska wprowadziła przepisy dotyczące wycofywania rtęci z użycia. Co w takim razie z badaniami? 

Właśnie dlatego prowadzimy też badania nad innymi materiałami, które nie zawierają rtęci. Na przykład nad materiałami półprzewodnikowymi z trzeciej i piątej układu okresowego pierwiastków, jak na przykład InAsSb, czyli potrójny związek pierwiastków z grupy III-V, czyli arsenu, antymonu i indu, a także nad pewnego rodzaju sztucznymi materiałami zwanymi supersieciami. 

  

Oprócz badań uczelnia zajmuje się też popularyzacją nauki. Pani również wydała jakiś czas temu książkę i bierze udział w konferencjach. Czego dotyczyła Pani ostatnia książka? 

Ta ostatnia książka, której jestem współautorem, dotyczy właśnie detektorów z materiałów, które nie zawierają rtęci. Jest to książka anglojęzyczna pod tytułem: Antimonide-based Infrared Detectors: A New Perspective. Czyli w tłumaczeniu na język polski, są to detektory konstruowane w oparciu o związki na bazie antymonków. 

  

Brzmi jak przełomowe badania. Czy ta książka przyniosła  jakieś sukcesy? 

Ta książka akurat nie, ale moja dotychczasowa praca została uhonorowana nagrodą Prezesa Rady Ministrów za mój dorobek naukowy będący podstawą do nadania stopnia doktora habilitowanego, którą odebrałam w tym roku podczas Gali Nauki Polskiej w Toruniu. 

  

Gratulacje! A gdzie i kiedy miała miejsce Pani ostatnia konferencja naukowa? 

Mój ostatni wykład był jeszcze przed pandemią koronawirusa w Stanach Zjednoczonych na konferencji Photonics West w San Francisco. 

  

Wygląda na to, że rozmowy prowadzone są na całym świecie. A co z tymi przełomowymi detektorami niezawierającymi związków rtęci? Kiedy się one pojawią? 

Pierwsze takie demonstracyjne detektory zostały już wytworzone, pojawiły się w ofercie firmy i już działają. Mam nadzieję, że już niedługo te detektory osiągną takie same parametry jak te z tellurku kadmowo-rtęciowego, ale to wymaga ciągłych prac i badań nad tymi materiałami. To właśnie jest jeden z obecnych kierunków rozwoju naukowego Wojskowej Akademii Technicznej, a komercyjnego firmy VIGO System.

Detektory podczerwieni (Autor: VIGO System)

Detektory podczerwieni (Autor: VIGO System)


Autor: Karolina Sobczyńska

Zdjęcia: VIGO System i strona Toruń (fot. Wojtek Szabelski)

Karolina Sobczyńska

Czym byłoby życie bez sztuki... Lubię patrzeć na świat i dużo rozmyślać. Często odpływam myślami gdzieś daleko. Co robię w wolnych chwilach? Uprawiam sztukę. Maluję farbą, tworząc obrazy. Maluję dźwiękiem, tworząc muzykę. Ale przede wszystkim - maluję słowem. Dajcie znać, czy podoba wam się to, co widzicie.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Przejdź do paska narzędzi