فناوری جدید الماس می‌تواند سیگنال‌های فضاپیمای دوردست انسان‌ها را 1000 برابر تقویت کند
الماس اغلب به عنوان بهترین دوست زن شناخته می‌شود، اما این جواهرات گرانبها به زودی می‌توانند به کاوش در فضاهای عمیق کمک کنند.
دانشمندان کوانتومی دانشگاه نیو ساوت ولز (UNSW) دستگاه مازری بر پایه الماس بنفش توسعه داده‌اند. این فناوری می‌تواند نحوه کاوش ما در فضا را تغییر دهد.
این الماس قادر است سیگنال‌های مایکروویوی ضعیف را از اجرام عمیق فضایی مانند تپ‌اخترها، کهکشان‌ها یا حتی فضاپیماهای دوردستی مانند وویجر 1 تقویت کند.
جالب است که مازر جدید می‌تواند سیگنال‌ها را 1000 برابر تقویت کند.
این الماس دارای سیستم اسپین منحصر به فردی است که به آن اجازه می‌دهد سیگنال‌های ضعیف را در دمای اتاق تقویت کند.
«در حال حاضر، تقویت‌کننده‌های الکترونیکی برای شناسایی سیگنال‌ها از فضاپیماهای بسیار دور مانند وویجر 1 که اکنون بیش از ۱۵ میلیارد مایل از زمین فاصله دارد، اما همچنان به ارسال داده ادامه می‌دهد، استفاده می‌شوند»، جارد پلا، استاد دانشیار گفت.
در دمای اتاق کار می‌کند
این مازر جدید قادر است در دمای اتاق عمل کند در حالی که مازرهای فعلی به دماهای بسیار پایین منفی 269 درجه سلسیوس (452- فارنهایت) نیاز دارند.
این سرمایش شدید گران و از نظر فنی پیچیده است و کاربردهای عملی آنها را محدود می‌کند.
تقویت‌کننده‌ها به دماهای بسیار پایین خنک می‌شوند تا نویز الکتریکی ناشی از حرکت الکترون‌ها کاهش یابد. این فرآیند به کمینه کردن نویز کمک کرده و اطمینان می‌دهد که سیگنال‌های ضعیف از منابع دور دست خفه نمی‌شوند.
«تقویت‌کننده مازر حالت جامد در دمای اتاق ما از همه پیچیدگی‌ها و هزینه‌های نیاز به خنک کردن همه چیز به دماهای بسیار پایین پرهیز می‌کند و نیز بسیار جمع و جورتر است»، پلا گفت.
برای توسعه این مازر به عنوان نمونه مفهومی، تیم یک الماس ویژه را در یک آزمایشگاه ایجاد کردند.
آنها به طور عمدی نقص‌هایی را به یک الماس رشد یافته در آزمایشگاه به نام مراکز نیتروژن-خلا (NV) معرفی کردند.
این نقص‌ها زمانی رخ می‌دهند که یک اتم نیتروژن جایگزین یک اتم کربن مجاور محل خالی در ساختار کریستالی الماس می‌شود. این یک سیستم اسپین ایجاد می‌کند که برای عملکرد مازر ضروری است.
مازر سیگنال‌های مایکروویوی ورودی را با قرار دادن سیستم اسپین الماس در معرض یک میدان مغناطیسی و یک لیزر سبز تقویت می‌کند.
«مایکروویوها وارد دستگاه می‌شوند و سپس اسپین‌های داخل الماس نسخه‌هایی از آنها ایجاد می‌کنند که به طور مؤثر سیگنال‌های مایکروویوی را تقویت می‌کنند. در حالت ایده آل، سیگنال‌های مایکروویوی سپس بسیار بزرگتر و با حداقل نویز خارج می‌شوند»، پلا توضیح داد.
کاربردها در فضا و دفاع
علاوه بر کاوش فضایی، مازر دمای اتاق پتانسیل استفاده در کاربردهای دفاعی، به ویژه در فناوری رادار را نیز دارد.
رادار با تابش الکترومغناطیسی کار می‌کند که توسط اشیاء منعکس شده و توسط سیستم رادار تشخیص داده می‌شود.
با تقویت سیگنال‌های ضعیف، رادارها می‌توانند حساس‌تر شده و اشیا را در فواصل بیشتر و با دقت بالاتر شناسایی کنند.
بنابراعلامیه مطبوعاتی، یک مازر تجاری می‌تواند ظرف چند سال در دسترس باشد.
هنوز کارهایی برای بهبود این فناوری باقی مانده است. در مرحله بعد، کاهش نویز مازر یک حوزه کلیدی برای تحقیقات بیشتر است.
برای این کار، آنها بر افزایش تمرکز اسپین‌های NV در الماس و بهینه‌سازی اجزای دیگر مانند تشدید‌کننده متمرکز هستند.
«در واقع، ما باید الماس‌ها را بنفش‌تر کنیم. رنگ بنفش در واقع به وسیله نور قرمز منتشر شده توسط مراکز NV ایجاد می‌شود. ساخت نمونه‌های تیره‌تر به معنای مراکز NV بیشتر است که در نهایت سطوح بهره بالاتر و نویز پایین‌تری ایجاد می‌کند و سیگنال‌های تقویت‌شده را واضح‌تر می‌کند»، تام دی، نویسنده اصلی مطالعه توضیح داد.
«با این حال، اگر این الماس‌ها را با تراکم‌های بسیار بالا از مراکز NV رشد دهید، ممکن است نقص‌های ناخواسته به وجود بیاید، بنابراین این یک مشکل مهندسی مواد است که ما در حال حل آن هستیم»، دی خاطر نشان کرد.
یافته‌ها در مجله بررسی فیزیکی X منتشر شده است.
