在世界上第一个连续室温固态微波激射器中使用钻石

【博科园-科学科普(关注“博科园”看更多)】微波激射器(受激辐射的微波放大),是激光的较老的微波频率兄弟,是在1954年发明的。然而与激光不同的是,微波激射器被广泛使用,因为它的作用是使它们必须冷却到接近绝对零度(-273)的温度。然而来自伦敦帝国理工学院和伦敦大学学院的这项新研究发表在《自然》杂志上,首次报道了一种可以在室温下连续作用的微波激射器。来自帝国理工学院的首席研究员Jonathan Breeze博士说:这一突破为广泛采用微波激射器铺平了道路,并为我们渴望探索的广泛应用打开了大门,希望maser现在能像激光一样享受成功。

一个含氮空位(NV)缺陷中心的钻石被一个532纳米的绿色激光器照亮,红灯是因为NV中心发出荧光。图片版权:Jonathan Breeze, Imperial College London

2012年科学家们证明了一种微波激射器可以在室温下使用有机分子戊烯。然而它只产生了持续不到千分之一秒的微波激射。在任何情况下,如果脉泽持续运作,水晶很可能会融化。现在Breeze博士和他的同事们使用了一种在富含氮的大气中生长的人造钻石来创造一个持续运转的新型脉泽。用高能电子束将碳原子从钻石中“剔除”,创造出所谓的“空位”。这颗钻石随后被加热,使得氮原子和碳的空位配对,形成了一种被称为“氮空位(NV)缺陷中心”的缺陷,这颗钻石是由Element Six提供的。

钻石镶嵌在一枚蓝宝石戒指中,并被532纳米的绿色激光照亮,红光是来自NV中心的荧光。图片版权:Thomas Angus, Imperial College London

研究人员在一枚蓝宝石戒指内集中了微波能量,并通过绿色激光照射,研究人员发现,微波激射器在常温下工作,而且重要的是连续工作。研究报告的合著者、来自帝国理工学院的尼尔·阿尔福德教授说:“这项技术有一定的发展空间,但我可以看到,它被用来探测微波辐射的敏感部位。这个发现的团队说,masers可以用于医疗成像和机场安全扫描等一系列应用。它们更传统地用于深空通信和射电天文学。除了医学成像和机场安全扫描,masers还可以在提高传感器远程探测炸弹、新技术用于量子计算机方面发挥关键作用,甚至还可以改进空间通信方法,从而在其他星球上找到生命。


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参考:Nature

内容:经“博科园”判定符合今主流科学

来自:伦敦帝国学院

编译:光量子

审校:博科园

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