La nave espacial Voyager 2 ha viajado a unos 17.000 millones de kilómetros apenas imaginables desde la Tierra y continúa enviando señales a la estación terrestre. Esto es posible gracias a la tecnología maser, que funciona con principios similares al láser y es capaz de amplificar señales débiles de microondas casi sin ruido. Para una comunicación regular en la Tierra, esta tecnología rara vez se usa porque funciona solo a bajas temperaturas. Sin embargo, un equipo de investigación en el Centro de Nanotecnología de Londres y la Universidad de Saarland ha desarrollado un maser que puede usarse a temperatura ambiente. Su desarrollo se describe en la revista científica "Nature", el 22 de marzo de 2018.
 
La abreviatura "Maser" significa "amplificación de microondas por emisión estimulada de radiación", es decir, una amplificación de microondas, que se genera mediante una emisión de radiación estimulada. La física detrás del maser es similar a la del láser, cuyo nombre significa "amplificación de luz por emisión estimulada de radiación". Ambos generan radiación electromagnética coherente a una sola longitud de onda / frecuencia. "Hasta ahora, los masers se usaban principalmente para comunicarse en el espacio, por ejemplo para mantener el contacto por radio con la nave Voyager. Como los masers pueden amplificar señales muy débiles casi sin ruido, esto las hace interesantes para las futuras tecnologías de comunicación en la Tierra", afirma Christopher Kay , Profesor de Química Física y Didáctica de la Química, en la Universidad Saarland.
 
Una desventaja de la tecnología maser existente es que necesita temperaturas muy bajas, que solo pueden alcanzarse mediante el uso de helio líquido. Junto con otros investigadores del Centro de Nanotecnología de Londres, Christopher Kay ha desarrollado un maser que puede funcionar a temperatura ambiente. La clave de la tecnología es el uso de un resonador de microondas de zafiro, retenido en un campo magnético. El resonador limita y concentra la radiación de microondas y, por lo tanto, puede amplificarse de forma estable a la fase.
 
La radiación en sí es generada por centros de "vacantes de nitrógeno" ópticamente excitantes en un diamante. A diferencia de los diamantes puros, que solo contienen átomos de carbono y, por lo tanto, son incoloros, en el diamante utilizado aquí, un pequeño número de átomos de carbono se reemplaza por un átomo de nitrógeno. El lugar al lado del átomo de nitrógeno, que generalmente contiene un átomo de carbono, está vacío. "Este defecto se conoce como centro NV (Nitrogen Vacancy) y da al diamante un color púrpura. Tiene una multitud de propiedades cuánticas notables y, por lo tanto, es de interés para el desarrollo de nuevas tecnologías, especialmente para nano aplicaciones", explica Christopher Kay. Por ejemplo, un maser puede usarse para mediciones más precisas en exploración espacial o nanotecnología, que a menudo se denomina nanometrología. "Dondequiera que se reciban señales de baja intensidad, por ejemplo, sobre largas distancias y necesitan amplificarse sin agregar ruido, el maser abre nuevas posibilidades", dice Kay.
 
"Ya se había sugerido en la comunidad científica que los diamantes con centros NV podrían utilizarse como base para un maser, pero la clave de nuestro éxito fue colocar un diamante en un resonador de zafiro", explica el autor principal del artículo de Nature, el físico Jonathan Breeze del Imperial College de Londres, agregó: "Un aspecto interesante de esta tecnología es que la frecuencia de salida se puede ajustar simplemente cambiando el campo magnético aplicado. El dispositivo actual funciona a una frecuencia de 9 GHz (9.000 millones de ciclos) por segundo). Para comparar, los teléfonos móviles funcionan en el rango de dos GHz. Con las tecnologías magnéticas disponibles en el mercado, se pueden alcanzar frecuencias de hasta 200 GHz con nuestro maser de temperatura ambiente ".
 
A medida que los masers usan fotones ópticos para generar fotones de microondas, los investigadores esperan que su trabajo abra nuevas vías en los campos de la tecnología cuántica de diamantes, la resonancia magnética y las comunicaciones.

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