Europa es más que una de las muchas lunas de Júpiter:también es uno de los lugares más prometedores del sistema solar para buscar vida extraterrestre. Bajo 10 kilómetros de hielo hay un océano de agua líquida que podría albergar vida. Pero con temperaturas superficiales de -180 grados centígrados y con niveles extremos de radiación, también es uno de los lugares más inhóspitos del sistema solar. Explorar Europa podría ser posible en los próximos años gracias a las nuevas aplicaciones para la investigación de tecnología de transistores de silicio-germanio en Georgia Tech.

El profesor de Regentes John D. Cressler en la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática (ECE) y sus estudiantes han estado trabajando con transistores bipolares de heterounión de silicio-germanio (SiGe HBT) durante décadas y han descubierto que tienen ventajas únicas en entornos extremos como Europa. .

"Debido a la forma en que están hechos, estos dispositivos en realidad sobreviven esas condiciones extremas sin que se realicen cambios en la tecnología subyacente en sí", dijo Cressler, quien es el investigador del proyecto. "Puedes construirlo para lo que quieras que haga en la Tierra y luego puedes usarlo en el espacio".

Los investigadores están en el primer año de una subvención de tres años en el programa Conceptos de la NASA para la tecnología de detección de vida en los mundos oceánicos (COLDTech) para diseñar la infraestructura electrónica para las próximas misiones en la superficie de Europa. La NASA planea lanzar el Europa Clipper en 2024, una nave espacial en órbita que cartografiará los océanos de Europa y, finalmente, enviará un vehículo de aterrizaje, Europa Lander, para perforar el hielo y explorar su océano. Pero todo comienza con la electrónica que puede funcionar en el entorno extremo de Europa.

Cressler y sus estudiantes, junto con investigadores del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL) y la Universidad de Tennessee (UT), demostraron las capacidades de los HBT de SiGe para este entorno hostil en un documento presentado en IEEE Nuclear and Space Radiation Effects Conferencia en julio.

El desafío de Europa

Al igual que la Tierra, Júpiter también tiene un núcleo de metal líquido que genera un campo magnético, produciendo cinturones de radiación de protones y electrones de alta energía a partir del viento solar que incide. Desafortunadamente, como luna de Júpiter, Europa se asienta de lleno en esos cinturones de radiación. De hecho, cualquier tecnología diseñada para la superficie de Europa no solo tendría que ser capaz de sobrevivir a las bajas temperaturas, sino también a la peor radiación que se encuentra en el sistema solar.

Afortunadamente, los HBT de SiGe son ideales para este entorno hostil. El SiGe HBT introduce una aleación de Si-Ge a nanoescala dentro de un transistor bipolar típico para diseñar nano sus propiedades, produciendo efectivamente un transistor mucho más rápido mientras mantiene la economía de escala y el bajo costo de los transistores de silicio tradicionales. Los HBT de SiGe tienen la capacidad única de mantener el rendimiento bajo una exposición extrema a la radiación, y sus propiedades mejoran naturalmente a temperaturas más frías. Esta combinación única los convierte en candidatos ideales para la exploración de Europa.

"No se trata solo de hacer la ciencia básica y probar que SiGe funciona", dijo Cressler. "En realidad, está desarrollando componentes electrónicos para que la NASA los use en Europa. Sabemos que SiGe puede sobrevivir a altos niveles de radiación. Y sabemos que sigue siendo funcional a bajas temperaturas. Lo que no sabíamos es si podría hacer ambas cosas al mismo tiempo, lo cual es necesarios para las misiones de superficie de Europa".

Prueba de los transistores

Para responder a esta pregunta, los investigadores de GT utilizaron Dynamitron de JPL, una máquina que dispara electrones de alto flujo a temperaturas muy bajas para probar SiGe en entornos de tipo Europa. Expusieron HBT de SiGe a un millón de voltios de electrones a una dosis de radiación de cinco millones de rads de radiación (200-400 rads es letal para los humanos), a 300, 200 y 115 Kelvins (-160 Celsius).

"Lo que nunca se había hecho era usar la electrónica como lo hicimos en ese experimento", dijo Cressler. "Entonces, trabajamos literalmente durante el primer año para obtener los resultados que se encuentran en ese documento, que en esencia es una prueba definitiva de que lo que afirmamos es, de hecho, cierto:que SiGe sobrevive a las condiciones de la superficie de Europa".

En los próximos dos años, los investigadores de GT y UT desarrollarán circuitos reales de SiGe que podrían usarse en Europa, como radios y microcontroladores. Aún más importante, estos dispositivos podrían usarse sin problemas en casi cualquier entorno espacial, incluso en la Luna y Marte.

"Si Europa es el entorno en el peor de los casos en el sistema solar, y puede construirlos para que funcionen en Europa, entonces funcionarán en cualquier lugar", dijo Cressler. "Esta investigación une investigaciones anteriores que hemos realizado en mi equipo aquí en Georgia Tech durante mucho tiempo y muestra aplicaciones realmente interesantes y novedosas de estas tecnologías. Nos enorgullecemos de utilizar nuestra investigación para abrir nuevos caminos innovadores y, por lo tanto, habilitar aplicaciones novedosas ." + Explora más

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