風邪がなくても新しいメーザーが輝く

研究者は、室温で連続マイクロ波マイクロ波を備えた最初のメーザーを開発します

緑色のレーザー光で照らされるこの結晶はメーザーであり、コヒーレントなマイクロ波ビームを放射します。これは室温で初めて連続的に発生します。 ©ジョナサンブリーズ
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光の代わりにマイクロ波:研究者は、室温で連続的なマイクロ波ビームを放射するメーザーを初めて開発しました。 以前は、このようなマイクロ波レーザーは極低温または短パルスでのみ機能していました。 一方、新しい合成ダイヤモンドメーザーは、過熱することなく室温で永久に動作します。 このブレークスルーにより、まったく新しいアプリケーションが開かれます、とジャーナル「Nature」の研究者は言います。

彼はレーザーの前身です。1954年には、研究者はコヒーレントなマイクロ波放射を提供できる装置、メーザーを開発しました。 レーザーと同様に、レーザー内の放射は、光子を放出する励起原子によって作成されます。 この誘導放出は、エネルギー供給と特別な鏡室である共振器によって増幅されます。 しかし、光波レーザーは今日どこにでもありますが、Maserはニッチな存在です。主に電波天文学やVoyagerプローブなどの宇宙プローブとの通信に使用されています。

極寒から室温まで

理由:以前のメーザーは真空と絶対零度以上の温度でのみ動作します。 科学者は2012年にメーザーを開発しましたが、これも室温で動作します。 ただし、1000分の1秒未満の超短パルスしか生成できません。放射が長くなると、非常に熱くなり溶けてしまいます。

しかし、現在、室温で連続的に放射するメーザーが初めてあります。 インペリアルカレッジロンドンのジョナサンブリーズと彼の同僚によって開発されたメーザーは、過熱することなく10時間以上にわたって実験に輝いていました。 「この突破口は、はしかの広範な使用と新しいアプリケーションの全範囲への道を開きます」とBreeze氏は言います。

サファイアリングのダイヤモンド

新しいメイソンの中心にあるのは、結晶格子内に空孔と窒素原子を持つ合成ダイヤモンドです。 これらのいわゆるNV中心は、ダイヤモンドの電気物理特性を変化させます。 このようなダイヤモンドが磁場に置かれ、レーザー光が照射されると、NV中心の励起とマイクロ波光子の放射が発生します。 ディスプレイ

メイソンのハートは、サファイアリングに囲まれた人工ダイヤモンドです。 ジョナサンブリーズ

実験では、研究者はサファイア結晶で作られたリングにNV中心を持つそのようなダイヤモンドを配置しました。 これは、ダイヤモンドのマイクロ波放射を集中および増幅する共振器として機能しました。 532ナノメートルの波長の緑色レーザー光を照射すると、このシステムはメーザーになりました:強力でコヒーレントなマイクロ波放射を放出し、これはパルスではなく持続的に放出されました。

永続的なマイクロ波ビーム

研究者が説明するように、室温で連続放射を放出するメーザーを開発することが初めて可能になりました。 さらに、メーザーは比較的堅牢で耐久性が高いことが判明しました:「メーザーの放射は、最長10時間のすべての実験の期間中、電力損失なしで持続しました」とBreeze氏は報告します。

研究者によると、このような土寄せ機はあらゆる用途に応用できる可能性があります。 それらは医療用画像処理に使用できますが、空港のセキュリティのテラヘルツスキャナーにも似ています。 また、量子通信用または高感度検出器として、たとえば爆発装置の場合、メーザーを使用できます。 「低強度の信号を長距離で受信し、ノイズなしで増幅するあらゆる場所で、Maserが新しい可能性を開くことを期待しています」と共著者は述べています。ザールランド大学のクリストファー・ケイ。

Breeze氏は、「この技術は依然として最適化する必要がありますが、今日のレーザーに類似したものになることを願っています。」(2018年の自然; doi:10.1038 / nature25970)

(インペリアルカレッジロンドン、2018年3月22日-NPO)