Revolucionarni uređaj za pojačavanje mikrovalnih signala
Tim istraživača razvio je uzbudljiv novi uređaj koji drastično pojačava mikrovalne signale. Na prvi pogled, čini se kao izum iz znanstvene fantastike: koristi ljubičasti dijamant unutar kvartznog cijevi izloženog intenzivnom magnetskom polju. Ovaj sustav stvara maser, mikrovalni ekvivalent lasera, koji je ključan za pojačavanje slabih mikrovalnih i radio signala.
Važnost pojačivača
Pojačivači nisu korisni samo za koncerte. Uz pravu tehnologiju, svaki signal može postati jasniji. Na primjer, signali iz Voyager sondi nastavljaju komunicirati sa Zemljom čak četiri desetljeća nakon početka misije, sada duboko u međuzvjezdanom prostoru. Njihovi pojačivači su ključni za prijenos signala, ali zahtijevaju vrlo niske temperature za rad. Nova tehnologija, međutim, radi na sobnoj temperaturi.
Kako funkcionira novi maser?
„Mikrovalovi ulaze u uređaj, a zatim spinovi unutar dijamanta stvaraju njihove kopije, čime se efektivno pojačavaju mikrovalni signali. Idealno, mikrovalni signali izlaze mnogo veći s vrlo malo šuma,” izjavio je viši autor, docent Jarryd Pla s Univerziteta New South Wales.
Istraživači su pokazali da ova konfiguracija može pojačati signal do 1,000 puta. To bi moglo omogućiti prijem podataka iz svemirski letjelja, ali i iz izvora koji emitiraju mikrovalove, poput pulsara, crnih rupa i cijelih galaksija.
Poboljšanje postojećih tehnologija
„Trenutno se elektronički pojačivači koriste za detekciju signala iz vrlo udaljenih svemirskih letjelja kao što je Voyager 1, koja je sada više od 15 milijardi milja daleko od Zemlje, a i dalje šalje podatke,” dodao je Pla. „Ti pojačivači se kriogeno hlade kako bi se smanjio takozvani termalni šum, koji nastaje kretnjom elektrona u komponentama pojačivača. Inače, taj šum bi jednostavno preplavio primane signale.”
„Naš solid-state maser pojačavač na sobnoj temperaturi izbjegava sve komplikacije i troškove hladenja na ekstremno niske temperature i također je mnogo kompaktniji.”
Ljubičasti dijamant i njegovi NV centri
Boja dijamanta nije estetski odabir. Ona je uzrokovana specifičnim nedostacima pod nazivom centri dušičnog ispraznjenja (NV), gdje je atom dušika postavljen na mjesto atoma ugljika uz prazno mjesto. Ovi spin sustavi ključni su za pojačavanje. Povećanje broja ovih nedostataka (do određene točke) ključno je za ovu tehnologiju, zbog čega je dijamant ljubičast.
„U suštini, trebamo učiniti dijamante ljubičastijima,” objasnio je vodeći autor Tom Day. „Ljubičasta boja zapravo je uzrokovana crvenom svjetlosti koju emitiraju NV centri. Tamniji uzorci znače više NV centara, što na kraju rezultira višim razinama pojačanja i nižim razinama šuma te čini pojačane signale jasnijima.”
Izazovi i budućnost ovog izuma
Tim je naveo kako postoje izazovi u daljnjem poboljšanju uređaja, ali bi mogao biti komercijalno dostupan već za nekoliko godina. Istraživanje je objavljeno u časopisu Physical Review X.
Zaključak
Ovaj revolucionarni uređaj ima potencijal za značajnu promjenu u načinu na koji primamo i interpretiramo mikrovalne signale iz svemira. S njegovom dostupnošću u budućnosti, očekujemo napredak u komunikaciji s udaljenim svemirskim misijama i još mnogo toga.
