Первый непрерывный мазер сделал связь с другими мирами реальнее
Мазерное излучение, перспективное для межпланетной связи, наконец, получило шанс на широкое применение. Случилось это благодаря тому, что учёные добились от твердотельного мазера непрерывности излучения при комнатной температуре.
Поясним, что мазер представляет собой квантовый генератор, то есть источник электромагнитных волн, который работает на основе вынужденного излучения атомов и молекул, электроны в которых переходят с высоких энергетических уровней на более низкие. Само слово "мазер" – это транслитерация английского слова maser, которое представляет собой сокращение от фразы "microwave amplification by stimulate demission of radiation", что переводится на русский язык как "усиление микроволн с помощью вынужденного излучения".
По сути, мазер – это полный аналог лазера, только генерирует он не свет, а микроволны. К слову, именно микроволновое излучение подарило человечеству, спутниковую связь, Wi-fi, Bluetooth и, собственно, микроволновки.
Первый в истории мазер был построен в 1953 году в Колумбийском университете. За теоретические разработки, позволившие создать прибор, советские учёные Александр Прохоров и Николай Басов, а также их американский коллега Чарльз Таунс (Charles Townes) в 1964 году были награждены Нобелевской премией по физике.
При этом, в отличие от лазера, мазер не нашёл широкого применения. Причин этому было несколько и главные из них – это необходимость работы c вакуумом при температурах близких к абсолютному нулю (минус 273,15 по Цельсию), невозможность добиться непрерывности излучения и громоздкость оборудования. И всё же нельзя сказать, что многообещающая технология пылилась всё это время на полке. На сегодняшний день мазеры используются в космической связи, радиолокации, физических исследованиях и некоторых других областях.
Предыдущий прорыв в использовании мазерного излучения пришёлся на 2012 год, когда команда физиков из Британской национальной физической лаборатории в Тэддингтоне собрала компактный мазер, который работал при комнатной температуре. В его "сердце" были кристаллы из органических материалов – пентацена и p-терфенила. Этому событию был посвящён один из материалов проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru).
Теперь же команда учёных из Университетского и Имперского колледжей Лондона во главе с Джонатаном Бризом (Jonathan Breeze) сумела при той же комнатной температуре добиться ещё и непрерывности излучения. Прорывные результаты описаны в статье, опубликованной в издании Nature.
Для своей установки Бриз и его коллеги вырастили в атмосфере, богатой азотом, синтетический алмаз. После этого из полученного кристалла с помощью потока электронов высокой энергии были выбиты атомы углерода. Образовавшиеся "вакансии" успешно занимали атомы азота.
Обработанный алмаз, который участники исследования назвали "шестым элементом", заключили в прозрачное сапфировое кольцо и поместили в резонатор. Оказалось, что под воздействием зелёного лазерного излучения новый мазер способен работать не только при комнатной температуре, но и непрерывно.
В пресс-релизе авторы исследования отмечают, что сейчас, когда главные проблемы удалось обойти, можно уже подумать и о расширении области использования мазеров. Самые очевидные сферы возможного применения – это медицинские технологии визуализации вроде МРТ и сканирование для обеспечения безопасности, например, в аэропортах.
Также исследователи видят хорошие перспективы своей технологии в модернизации датчиков для дистанционного обнаружения взрывных устройств, развитии квантовых компьютеров и даже разработке новых методов космической связи, которые, возможно, когда-нибудь позволят нам связаться с братьями по разуму.
