Перед тим, як появилися лазери, спершу були мазери — кузени звичайних лазерів, які генерують промінь не в оптичному, а в мікрохвильовому діапазоні. Тоді як лазери знайшли найширше застосування — від телескопів до медицини, — мазери далеко не такі поширені, адже можуть працювати лише за дуже холодних температур або в умовах вакууму. Тепер фізики створили мазер, який може працювати за кімнатних температур. Для цього їм знадобився алмаз.
Перші мазери були створені ще у 1950-х рр. (лазери з’явилися пізніше — у 1960-му). Це пристрої, що створюють інтенсивний потік організованих електромагнітних хвиль. Мазери можна використовувати для підсилення навіть крихітних слідів радіації, а також для зв’язку з далекими космічними місіями, такими як “Вояджер”. Але це, як правило, потребує кріогенного охолодження. У деяких випадках мікрохвильові пристрої можуть бути корисніші, ніж лазери, оскільки мікрохвилі здатні проходити крізь матеріали, які непрозорі для оптичного світла.
Пристрій, який створили фізики з Імперського коледжу Лондона, здатний продукувати постійний мазерний промінь за кімнатної температури. Для цього фізики пропускають лазерний промінь крізь алмаз, сапфір або апарат з міді, що й породжує мікрохвильове випромінювання.
“Чутливість теперішніх підсилювачів мікрохвиль обмежена навколишнім шумом, але технологія, яку створили експерти з Лондона, дозволяє зменшити негативний вплив цих факторів і дає їм змогу працювати за кімнатної температури, — каже фізик з Чиказького університету Девід Авшалом, який не брав участі в дослідженні. — Їх робота справді захоплива”.
Дослідження, яке опублікували в Nature 21 березня, ґрунтується на системі, яку та сама команда створила ще у 2012 році. Пристрій тоді також працював за кімнатної температури, однак продукував лише імпульси, а не постійний промінь. Команда вирішила цю проблему, замінивши ключовий компонент пристрою, що називається активним середовищем. У першому варіанті ним була органічна молекула, звана пентаценом, що з часом деградувала. В новому інструменті вони встановили невеликий алмаз, утворений за специфічних умов, який виявився стабільнішим і здатним генерувати постійний промінь.
Створений у Лондоні мазер є поки що лише доказом принципу і потребує багатьох покращень, щоб його можна було використовувати практично, — каже Рен-Бао Лю, фізик з Китайського університету в Гонконзі. Але він може стати набагато дешевшим та зручнішим пристроєм й принести багато користі у сферах, які сьогодні використовують низькотемпературні підсилювачі.
Elizabeth Gibney
Diamond device paves way for first practical microwave lasers
Nature, 21/03/2018
Зреферував Євген Ланюк
30.03.2018