Алмаз стал основой первого твердотельного мазера

Алмаз стал основой первого твердотельного мазера, способного работать в непрерывном режиме при комнатной температуре.

В 1954 году был изобретен квантовый генератор микроволнового излучения, мазер (maser, microwave amplification by stimulated emission of radiation), который является ближайшим родственником лазера. Однако, в отличие от лазеров, которые получили очень широкое распространение, мазеры используются гораздо реже из-за того, что для их нормальной работы требуется охлаждение до температуры, близкой к температуре абсолютного нуля, -273 градуса Цельсия.

Однако, усилиями ученых из Имперского колледжа и Университетского колледжа в Лондоне, на свет появился первый в своем роде мазер, способный работать в непрерывном режиме при комнатной температуре. Данное достижение открывает дорогу к практическому применению мазеров в самых различных областях науки и техники. "Мы надеемся, что наша работа позволит сделать мазеры столь же популярными, как и традиционные лазеры" - рассказывает доктор Джонатан Бриз (Dr Jonathan Breeze).

В 2012 году группа ученых продемонстрировала, что мазер, созданный на базе молекул органического соединения пентацена, способен работать при комнатной температуре, вырабатывая импульсы микроволнового излучения, длительностью в тысячные доли секунды. Любая попытка более длительной работы мазера приводила к плавлению его кристалла.

В качестве тела нового мазера ученые использовали алмаз, выращенный в обогащенной азотом атмосфере. В результате этого под воздействием фокусированного электронного луча множество атомов углерода в структуре синтетического алмаза были замещены атомами азота, формируя дефекты кристаллической решетки, известные под названием азотной вакансии. После этого алмаз был нагрет до высокой температуры, что позволило атомам азота и углерода сформировать пары, которые иногда используются в качестве кубитов в квантовых технологиях.

Кристалл обработанного синтетического алмаза был заключен внутри сапфирового кольца, которое выступало в роли концентратора энергии микроволновых волн, и освещен светом зеленого лазера. Проведенные эксперименты показали, что такой мазер способен работать при комнатной температуре сколь угодно долгое время.

Ученые, совершившие данное открытие, считают, что созданные ими мазеры уже очень скоро могут быть использованы в самых различных областях, включая рентгенографию, системы безопасности аэропортов, в радиоастрономии и в системах дальней космической связи. Помимо этого, мазеры могут быть использованы в технологиях квантовых вычислений, обеспечивая управление состоянием и считывание информации, хранящейся в квантовых битах, кубитах.