Materialforskaren Nobuhiko Kobayashi var inte helt säker på varför astronomen han träffade vid en vinprovning för flera år sedan var så intresserad av hans forskning, men när han lärde sig mer om teleskopspeglar började det bli vettigt.

"Det visar sig att förbättring av speglars prestanda handlar om tunnfilmsmaterial, och det är vad jag gör. Så då fastnade jag, sa Kobayashi, en professor i elektroteknik vid Baskin School of Engineering vid UC Santa Cruz.

Astronomen var Joseph Miller, tidigare chef för UC Observatories (UCO), vars intresse ledde till ett blomstrande samarbete mellan Kobayashi och UC Santa Cruz astronomer Andrew Phillips och Michael Bolte. Med finansiering från National Science Foundation och stöd från nuvarande UCO-direktör Claire Max, forskarna utvecklar nya skyddsbeläggningar för stora silverbaserade teleskopspeglar genom att anpassa en teknik som ofta används inom mikroelektronikindustrin.

Enligt Phillips, de flesta astronomiska teleskopspeglar använder aluminium för det reflekterande lagret, trots silvers överlägsna reflekterande egenskaper. "Silver är det mest reflekterande materialet, men den är knäpp att arbeta med, och det bleknar och korroderar lätt, ", sa han. "Du behöver barriärlager ovanpå som kan hålla allt från att komma igenom till silvret utan att förstöra spegelns optiska egenskaper."

Befintliga teleskop skulle kunna öka sin effektivitet avsevärt genom att belägga sina speglar med silver istället för aluminium. "Det är det absolut billigaste sättet att göra våra teleskop effektivt större, ", sa Bolte. "Anledningen till att vi vill ha större teleskop är att samla in mer ljus, så om dina speglar reflekterar mer ljus är det som att göra dem större."

Den nya beläggningstekniken som utvecklas vid UC Santa Cruz kan göra det möjligt. Forskarna använder en teknik som kallas atomlagerdeposition (ALD), som gradvis bygger en tunn film av material, ett molekylärt lager i taget, med utmärkt enhetlighet, tjocklekskontroll, och överensstämmelse med ytan av substratet. I en pilotstudie, ALD gav mycket bättre skyddande beläggningar för silverspegelprover än traditionella fysiska avsättningstekniker.

"Atomskiktsavsättning fungerar betydligt bättre, ", sa Phillips. "Problemet är att systemen som används inom elektronikindustrin är designade för kiselwafers, så de är för små för en teleskopspegel."

Resultaten av pilotstudien, som använde ett ALD-system i Kobayashis labb designat för mikroelektronik, övertygade teamet att designa ett större system som kunde rymma teleskopspeglar. De ansökte om patent på sitt koncept och hittade en utrustningsleverantör som var villig att arbeta med dem för att bygga systemet. Försäljaren, Structured Materials Industries (SMI) i Piscataway, New Jersey, tillverkar tunnfilmsdeponeringssystem för mikroelektronikindustrin.

"Vi gav dem konceptet och våra krav, och de gjorde det tekniska designarbetet och tillverkningen, " sa Kobayashi.

Det nya systemet levererades till hans laboratorium i juli och har presterat bra i inledande tester. Forskarna kommer att använda systemet för att visa att det fungerar för teleskopspeglar och andra stora substrat och för att fortsätta att perfekta beläggningarna. Systemet kan rymma en spegel upp till 0,9 meter i diameter, och det finns ingen anledning att designen inte kunde skalas upp för att rymma ännu större speglar eller spegelsegment, sa Phillips. De 10 meter långa primärspeglarna i de dubbla Keck-teleskopen på Hawaii är sammansatta av sexkantiga segment med en diameter på 1,8 meter, och spegelsegmenten för Thirty Meter Telescope (TMT) kommer att vara 1,4 meter breda.

Enligt Bolte, önskan att använda silver på TMT-spegelsegmenten är en viktig drivkraft för deras forskning om ny beläggningsteknik. Men han förväntar sig att tekniken också kommer att användas för att måla om speglarna på befintliga teleskop. En aluminiumbelagd spegel håller cirka tre till fem år innan den behöver målas om, en process som sätter teleskopet tillfälligt ur funktion.

"Vi hatar att förlora teleskoptid, och vi förlorar många nätter med övermålningssegment på Keck, " sa Phillips. "Vi skulle vilja ha en silverbeläggning som kan hålla i fem till tio år."

Vid denna tidpunkt, forskarna använder en fysisk avsättningsprocess för att lägga silverbeläggningen på spegelämnena tillsammans med ett initialt barriärskikt för att skydda silvret medan spegeln överförs till ALD-systemet. Atomskiktsavsättning används sedan för de slutliga barriärskikten.

"Just nu, det är en hybridprocess, men vi följer utvecklingen av atomskiktsavsättning för silverbeläggningen också, " sa Phillips.

Bolte sa att den nya tekniken kan ha en stor inverkan inom astronomi, på samma sätt som tillkomsten av digitala detektorer för att ersätta fotografiska plattor gav nytt liv åt små teleskop över hela världen för flera decennier sedan. "Detta är det sista tricket vi har för att göra befintliga teleskop mer effektiva, " sa han. "Det kan verkligen göra stor skillnad."