Инженеры UNSW разработали и построили специальную мазерную систему, которая усиливает микроволновые сигналы, например, сигналы из глубокого космоса, но не требует переохлаждения.
Говорят, что бриллианты — лучшие друзья девушек, но вскоре это может стать правдой и для астрономов и астрофизиков после нового исследования. Команда квантовых экспертов разработала устройство, известное как мазер, которое использует специально созданный фиолетовый алмаз для усиления слабых микроволновых сигналов, например тех, которые могут прийти из глубокого космоса.
Самое главное, их мазер работает при комнатной температуре, тогда как предыдущие подобные устройства нужно было переохлаждать с большими затратами примерно до минус 269°C.
Усиленные сигналы, первоначально излучаемые пульсарами, галактиками или очень далекими космическими кораблями, в конечном итоге могут иметь решающее значение для расширения нашего понимания Вселенной и фундаментальной физики.
Исследовательская группа UNSW под руководством доцента Джаррида Пла опубликовала свои выводы в журнале Physical Review X, описывая, как так называемая спиновая система внутри алмаза может усиливать слабые сигналы при комнатной температуре.
«Микроволны проникают в устройство, а затем вращения внутри алмаза создают их копии, что, по сути, усиливает микроволновые сигналы. В идеале микроволновые сигналы тогда выходят намного сильнее и с очень небольшим шумом наверху», — сказал профессор. Пла говорит.
“В настоящее время электронные усилители используются для обнаружения сигналов от очень далеких космических кораблей, таких как “Вояджер-1”, который сейчас находится на расстоянии более 15 миллиардов миль от Земли, но все еще отправляет данные.
“Эти усилители охлаждаются криогенно, чтобы уменьшить так называемый тепловой шум, который представляет собой случайный электрический шум, создаваемый движением электронов в компонентах усилителя. В противном случае этот шум просто заглушит принимаемые сигналы.
“Наш полупроводниковый мазерный усилитель комнатной температуры позволяет избежать всех сложностей и затрат, связанных с охлаждением всего до чрезвычайно низких температур, а также намного компактнее.”
В статье исследователи показывают, что их мазерная система может усиливать сигналы до 1000 раз.
Азотный вакансионный центр вращается
Мазер для проверки концепции, разработанный командой Университета Нового Южного Уэльса, в которую также входит г-н Том Дэй, ведущий автор исследования, работает путем выращивания алмаза в лаборатории, который содержит дефекты, известные как центры азотных вакансий (NV).
Этот НВ представляет собой преднамеренный дефект, при котором атом азота заменяет атом углерода рядом с пустым местом в кристаллической структуре, создавая тем самым спиновую систему.
Когда спиновая система помещается в магнитное поле и одновременно подвергается воздействию сильного зеленого лазерного луча, она способна усиливать входящие микроволновые сигналы.
Помимо применения в освоении космоса, мазер комнатной температуры также может быть чрезвычайно полезен в оборонных приложениях, таких как радар.
