Ученые создали технологию на основе алмазов, способную в 1000 раз усилить сигналы из космоса

Когда речь идет о драгоценностях, мало кто задумывается об их роли в науке. Однако группа ученых из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) перевернула представление о бриллиантах, разработав технологию, которая обещает усовершенствовать исследование дальнего космоса. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review X.

Фото из открытых источников

Команда исследователей под руководством доктора Джаррида Плы создала уникальный мазер, основанный на фиолетовом алмазе. Этот прибор способен в 1000 раз усиливать слабые микроволновые сигналы, исходящие от далеких космических объектов: пульсаров, галактик и даже от зонда «Вояджер-1», находящегося на расстоянии более 24 миллиардов километров от Земли.

«Наши традиционные методы усиления сигналов требуют охлаждения оборудования до экстремальных температур, порядка минус 269 градусов Цельсия, что дорого и сложно в реализации», — пояснил Пла. «Новый мазер работает при комнатной температуре, что значительно упрощает его использование и снижает затраты».

Основой нового мазера является специально созданный в лабораторных условиях алмаз с уникальными дефектами, называемыми азотно-вакансионными (NV) центрами. Эти дефекты образуются, когда атом азота заменяет атом углерода в кристаллической решетке алмаза, создавая уникальную спиновую систему, необходимую для работы прибора.

Когда микроволны попадают в устройство, магнитное поле и зеленый лазер заставляют алмаз вращаться, создавая копии входящего сигнала. В результате усиливается исходный сигнал, делая его намного мощнее и чище.

Алмазные мазеры открывают широкие перспективы не только для изучения космоса. Они также могут существенно повысить эффективность радиолокационных систем, увеличивая их чувствительность и точность обнаружения объектов на больших расстояниях.

«Представьте себе радар, который может различать мельчайшие детали на огромных дистанциях. Это станет возможным благодаря нашей разработке», — подчеркнул Пла.

Исследователи уверены, что коммерческая версия мазера появится в ближайшие годы. Однако впереди еще много работы по улучшению технологии. Одной из главных задач остается снижение уровня шума, создаваемого прибором.

Ведущий автор исследования Том Дэй пояснил о планах по увеличению концентрации NV-спинов в алмазах и оптимизации других компонентов системы.

«Нам нужно сделать бриллианты более фиолетовыми, ведь этот цвет обусловлен красным свечением NV-центров. Больше центров — выше усиление и ниже шум», — объяснил Дэй.

Но создание алмазов с высокой концентрацией дефектов требует решения сложных вопросов материаловедения.

«Если выращивать бриллианты с избыточной плотностью NV-центров, можно столкнуться с другими нежелательными дефектами. Здесь мы сталкиваемся с настоящей задачей для науки о материалах», — заметил Дэй.