Efecto Lázaro
El efecto Lázaro se refiere a los detectores de semiconductores; cuando se utilizan en entornos de radiación intensa, comienzan a aparecer defectos en la red cristalina del semiconductor a medida que los átomos se desplazan debido a la interacción con las partículas de alta energía que pasan por ella. Estos defectos, en forma de huecos en la red y de átomos en sitios intersticiales, tienen el efecto de atrapar temporalmente los electrones y huecos que se crean cuando las partículas ionizantes pasan a través del detector. Dado que son estos electrones y huecos que se desplazan en un campo eléctrico los que producen una señal que anuncia el paso de una partícula, cuando se producen grandes cantidades de defectos, la señal del detector puede reducirse considerablemente, lo que da lugar a un detector inutilizable (muerto).
Sin embargo, en 1997, Vittorio Giulio Palmieri, Kurt Borer, Stefan Janos, Cinzia Da Viá y Luca Casagrande, de la Universidad de Berna (Suiza), descubrieron que a temperaturas inferiores a 130 kelvin (unos -143 grados Celsius), los detectores muertos aparentemente vuelven a la vida. La explicación de este fenómeno, conocido como efecto Lázaro, está relacionada con la dinámica de los defectos inducidos en la masa del semiconductor.
A temperatura ambiente, los defectos inducidos por daños por radiación atrapan temporalmente los electrones y huecos resultantes de la ionización, que luego se emiten de nuevo a la banda de conducción o banda de valencia en un tiempo que suele ser más largo que el tiempo de lectura de los componentes electrónicos conectados. En consecuencia, la señal medida es más pequeña de lo que debería ser. Esto conduce a relaciones señal/ruido bajas que, a su vez, pueden impedir la detección de la partícula que atraviesa el detector. Sin embargo, a temperaturas criogénicas, una vez que un electrón o un hueco, resultante de la ionización o de la corriente de fuga del detector, queda atrapado en un defecto local, permanece atrapado durante mucho tiempo debido a la energía térmica muy baja de la red. Esto conduce a que una gran fracción de "trampas" se llenen y, por lo tanto, se inactiven. De este modo, se evita el atrapamiento de electrones y huecos generados por partículas que atraviesan el detector y se pierde poca o ninguna señal. Este comportamiento se ha observado en varios artículos científicos.
Gracias al efecto Lázaro, se ha demostrado que los detectores de silicio pueden sobrevivir a dosis de radiación superiores a 90 GRad y se han propuesto para futuros experimentos de alta luminosidad. Se ha establecido una colaboración científica RD39 en el CERN para comprender completamente los detalles de la física implicada en el fenómeno.
Recientemente, se ha propuesto el efecto Lázaro como el mecanismo que proporciona una mayor resistencia a la radiación para los dispositivos alfa y beta voltaicos de silicio de alta energía que funcionan a temperaturas criogénicas. Esto podría dar lugar a dispositivos basados en el radioisótopo estroncio-90, que es mucho más barato que el níquel-63 que se utiliza actualmente en las baterías nucleares de diamante. Estos dispositivos podrían ser útiles para la exploración del espacio profundo.
Referencias
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Más lectura
- De vuelta de los muertos En: Nuevo Científico 17 de octubre de 1998 (Online)
- Levantando los detectores muertos En: CERN Courier 29 de marzo de 1999 (Online)
- Los detectores de silicio duro de radiación conducen el camino En: CERN Courier 1o de enero de 2003 (Online)