Ученые используют алмаз в первом в мире непрерывном твердотельном мазере

В 1954 году был изобретен мазер (микроволновое усиление с помощью вынужденного излучения), старший брат лазера. Однако в отличие от лазеров, которые стали широко распространены, мазеры гораздо менее широко используются, потому что для их функционирования они должны охлаждаться до температур, близким к абсолютному нулю (-273 °C).

Тем не менее, новое исследование из Imperial College London и UCL, опубликованное в издании Nature, впервые представляет собой мазер, который может действовать непрерывно при комнатной температуре.

Ведущий исследователь д-р Джонатан Бриз сказал: «Этот прорыв открывает путь для широкого внедрения мазеров и открывает двери для широкого спектра приложений, которые мы стремимся исследовать. Мы надеемся, что теперь мазер ждет такой же успех, как и лазер».

В 2012 году ученые продемонстрировали, что мазер может работать при комнатной температуре с использованием органической молекулы пентацена. Однако он произвел лишь короткие всплески мазерного излучения, которые длились менее одной тысячной доли секунды. В любом случае, если бы мазер работал непрерывно, кристалл, вероятно, расплавился бы.

Теперь д-р Бриз и его коллеги использовали синтетический алмаз, выращенный в атмосфере, богатой азотом, для создания нового мазера, который работает непрерывно.

Углеродные атомы были «выбиты» из алмаза с использованием электронного пучка высокой энергии, создавая пространства, известные как «вакансии». Затем алмаз нагревали, что позволяло спаривать атомы азота и углеродные вакансии, образуя дефект, известный как центр дефектов азота (NV).

Когда он помещен внутри кольца сапфира, чтобы сконцентрировать микроволновую энергию и освещен зеленым лазерным излучением, исследователи обнаружили, что мазер работал при комнатной температуре и, что важно, работал непрерывно.

Команда ученых, которая сделала открытие, говорит, что мазеры могут использоваться в различных приложениях, таких как медицинская визуализация и сканирование безопасности в аэропортах. Сейчас они традиционно используются в области космической связи и радиоастрономии.

Помимо сканирования медицинских изображений и безопасности, мазеры могли бы сыграть ключевую роль в улучшении датчиков для дистанционного обнаружения бомб, новых технологий для квантовых компьютеров и даже улучшить методы космической связи, чтобы потенциально найти жизнь на других планетах.

Больше информации: Jonathan D. Breeze et al. Continuous-wave room-temperature diamond maser, Nature (2018). DOI: 10.1038/nature25970