¿Qué propiedades del germanio lo hacen adecuado para los detectores de materia oscura?

¿Qué propiedades del germanio lo hacen adecuado para los detectores de materia oscura? Intenté buscar en Google, pero había demasiados resultados que describían el uso de cristales de germanio a bajas temperaturas para la detección de materia oscura, pero no el por qué.

O, alternativamente, ¿cuáles son las propiedades que hacen un buen detector de materia oscura? en este caso, Germanium simplemente cumple con los requisitos y echa un vistazo a otros posibles candidatos.

Suponiendo que el germanio es raro y difícil de conseguir, hice esta pregunta, por otro lado, si fuera cobre el que se usara para tal tarea, habría pasado completamente desapercibido.

Esto es algo que debería saber, pero me quedo con las conjeturas. Presumiblemente, las mismas propiedades que lo hacen adecuado para un contador gamma de fondo bajo y alta precisión: ruido muy bajo (casi cero incluso en celdas comerciales), alta resolución de tiempo y energía, y eficiencia cuántica bastante alta.
Lo más probable es que el germanio se utilice como calorímetro.

Respuestas (1)

Se supone que los WIMP interactúan solo con la fuerza débil, por lo que solo interactuarán con el núcleo. El WIMP golpeará el núcleo, disminuirá la velocidad y cambiará de dirección. El núcleo retrocederá e introducirá vibraciones (fonones) en la red. Esas vibraciones crean calor que se mide. El cristal debe mantenerse a 10 mK para reducir el ruido térmico. Además, el retroceso del núcleo eleva algunos electrones a la banda de conducción, donde también se pueden medir. Las interacciones de los rayos alfa, beta y gamma generan más ionización que aumento de temperatura. Las interacciones WIMP generarán un gran retroceso nuclear y muchos fonones, pero no interactuarán directamente con los electrones de la capa, por lo que muy pocos electrones ingresarán a la banda de conducción. Al buscar una señal de fonón grande y una señal de ionización relativamente pequeña, se pueden resolver los WIMPS. Pero, ¿por qué germanio? Porque Ge tiene la banda prohibida más pequeña de los semiconductores. Una partícula incidente levantará más electrones del estado fundamental y los pondrá en el estado de conducción. La señal que llega al preamplificador es más grande con Ge que con cualquier otro semiconductor. El germanio es el estándar de oro para la detección de rayos gamma. El silicio tiene una banda prohibida mayor, por lo que no es tan sensible.

Es importante tener en cuenta que los WIMP son partículas hipotéticas e, incluso si se descubre que existen, son solo un candidato potencial para la materia oscura que se encuentra alrededor de las galaxias y en todo el universo. Los detectores de germanio son útiles para detectar WIMP, si existen. Pero si la materia oscura de hecho no interactúa débilmente o si los WIMP no son la materia oscura que observamos, son evidentemente inútiles para los estudios de la materia oscura.
Algo no encaja aquí: la brecha de banda del germanio es de ~ 800 meV, la T de Bye de Ge es de 360 ​​K, lo que hace que los fonones de mayor energía sean de alrededor de 40 meV, la T de fusión de Ge es de ~ 1200 K o 104 meV, por lo que para un WIMP para excitar el núcleo para llevar electrones a la banda de conducción, pone suficiente energía en la red para disociar localmente el átomo de Ge en el detector, reduciendo así la cristalinidad del Ge, y haciendo quién sabe qué a la estructura de la banda. Esto empeoraría los detectores con el tiempo para el esquema de detección anterior. ¿Es así como se espera que funcionen los detectores?
Dado que solo esperan un WIMP por año, el daño de la red no será un problema. Pero, si hay dislocaciones locales de un solo átomo en la red, entonces el recocido debería corregirlas nuevamente. He leído en la literatura (Métodos de instrumentación nuclear) de las maquinaciones por las que pasaron a principios de los años sesenta para lidiar con el ruido en los nacientes detectores de cristal Ge de baja pureza. Leí muchos casos de recocido que se usa para silenciar un cristal.
Solo un breve comercial. Si hay algún operador de GeLi jubilado por ahí, necesito averiguar sobre la derivación. ¿Alguna vez lo has visto hecho/pagado para que lo hicieran? Tengo 3 jaleas PGT antiguas y me encantaría volver a disolver el Li/recocerlas/derivarlas un poco/enfriarlas y tener un detector operable (aunque a una tasa de conteo más baja que una nueva). Me encantaría que una de mis unidades del 20 % funcionara incluso al uno por ciento. En este momento voy a seguir la literatura (NIM) e improvisar.
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