ساخت نخستین میزر الماسی دنیا با قابلیت کار در دمای اتاق

فروردین, ۱۳۹۷ بدون نظر علم و دانش

ساخت نخستین میزر الماسی دنیا با قابلیت کار در دمای اتاق

دانشمندان موفق به ساخت میزری شده‌اند که می‌تواند در دمای اتاق و در بازه‌های زمانی طولانی کار کند.

پژوهشگران برای اولین بار، از الماس برای ساخت میزر حالت جامدی استفاده کرده‌اند که می‌تواند به‌طور مداوم در دمای اتاق کار کند. ساخت جدید می‌تواند فناوری فوق را برای استفاده‌ در کاربردهای روزمره، از جمله تصویربرداری پزشکی و اسکنرهای امنیتی در فرودگاه‌ها مناسب‌تر سازد.

میزرها همانند نسخه‌های مایکروویو از لیزرها هستند. واژه‌ی میزر که در انگلیسی به‌صورت maser نوشته می‌شود، مخفف عبارت تقویت مایکروویو با استفاده از انتشار تحریک‌شده‌ی تابش است و درست همانطور که لیزرها یک پرتو شدید نوری از خود انتشار می‌دهند، میزرها هم پرتوهایی متمرکز از مایکروویو یا امواج بلند را فراهم می‌کنند.

میزر در واقع قبل از لیزر اختراع شده و در کاربرهایی مانند ساعت‌های اتمی، تلسکوپ های رادیویی و ارتباطات فضایی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. با این حال، میزرهای حالت جامد بسیار دور از دسترس می‌نمایند و راه‌اندازی و ساخت آنها به‌هیچ عنوان کار راحتی نیست. آنها از طریق تقویت مایکروویوها به‌کمک بلوری مانند یاقوت ایجاد شده و به شرایط غیرمتعارفی مانند میدان مغناطیسی قوی و درجه‌ی حرارت نزدیک صفر مطلق (منفی ۲۷۳ درجه سانتی‌گراد) نیاز دارند. همه‌ی اینها باعث می‌شود تا در چگونگی استفاده از فناوری در کاربرهای مختلف دچار محدودیت باشیم.

پژوهشگران دانشگاه سلطنتی و کالج دانشگاهی لندن با استفاده از یک الماس آزمایشگاهی به‌عنوان بلور تقویت‌کننده، توانسته‌اند اولین میزر حالت جامدی را بسازند که به‌طور مداوم کار می‌کند. این پروژه در واقع در ادامه‌ی کار قبلی انجام‌شده توسط کالج سلطنتی و آزمایشگاه ملی فیزیک بریتانیا در سال ۲۰۱۲ صورت گرفته است.

پژوهشگران در آن زمان، با استفاده از کریستال p-terphenyl و پنتاسن به‌عنوان تقویت‌کننده ساخته بودند. این سیستم می‌توانست در دمای اتاق و بدون آهن ربا کار کند؛ اما فقط در پالس‌های بسیار کوتاه میلی‌ثانیه‌ای. از سویی هم حتی اگر سیستم می‌توانست به‌طور مداوم عمل کند، کریستال به‌کاررفته در آن ذوب می‌شد.

پژوهشگران در این سیستم جدید، کریستال دیگری را جایگزین کرده‌اند و الماس مصنوعی را در یک اتمسفر غنی از نیتروژن رشد داده‌اند. یک پرتوی الکترونی با انرژی بالا هم برای تخلیه‌ی اتم‌های کربن از الماس استفاده شده و موجب ایجاد تهی جایی در شبکه می‌شود.

میزر

گرمایش الماس پس از آن باعث می‌شود تا تهی‌ جایی کربن با اتم‌های نیتروژن جفت شوند و این منجر به ایجاد پدیده‌ای به‌نام مرکز تهی جایی نیتروژن می‌شود که درون آن می‌توان اسپین‌های الکترون را با استفاده از میدان‌های مغناطیسی، میدان‌های الکتریکی یا مایکروویوها کنترل کرد.

میزر با قرار گرفتن در داخل یک حلقه‌ی ساخته‌شده از یاقوت برای متمرکز ساختن انرژی مایکروویو و همچنین تابانده شدن پرتوهای لیزری سبز روی آن، به‌خوبی کار کرد؛ نه‌تنها در دمای اتاق، بلکه به‌طور مداوم و در پالس‌هایی فراتر از میلی‌ثانیه.

میزر

نویل آلفورد از کالج سلطنتی لندن که یکی از نویسندگان مقاله‌ی مرتبط با این پژوهش است گفت:

این تکنولوژی جای پیشرفت دارد؛ اما من می‌توانم کاربردهایی برای آن در مواردی که آشکارسازی امواج مایکروویو ضروری است، متصور باشم.

پژوهشگران بر این باورند که فناوری میزر نیز می‌تواند برای برنامه‌های حساسی مانند تشخیص بمب، محاسبات کوانتومی و حتی جستجو به‌دنبال زندگی در سایر سیارات مورد استفاده قرار گیرد. جاناتان بریز، پژوهشگر ارشد طرح می‌گوید:

این پیشرفت راه را برای پذیرش میزر در سطح گسترده فراهم کرده و زمینه را برای طیف وسیعی از برنامه‌های کاربردی مورد استفاده‌ای که ما علاقمند به کشف آن هستیم، هموار می‌کند. ما امیدواریم که میزر هم اینک بتواند به‌اندازه‌ی لیزر موفق باشد.

دستاوردهای این پژوهش در ژورنال Nature منتشر شده است.

منبع sciencealert