Energia

Maser, o pai do laser, finalmente a temperatura ambiente e contínuo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  27/03/2018

Este é o primeiro MASER contínuo que funciona a temperatura ambiente. [Imagem: Jonathan D. Breeze et al. - 10.1038/nature25970]

MASER

O maser - a versão de micro-ondas do laser - está finalmente pronto para ser usado mais amplamente em uma variedade de aplicações.

O maser (sigla em inglês para amplificação de micro-ondas por emissão estimulada de radiação) foi inventado em 1954. No entanto, ao contrário dos lasers, que se generalizaram, os masers são muito menos utilizados porque, para funcionar, eles precisam ser resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto (-273º C).

Agora, acaba de ser criado um maser que funciona continuamente a temperatura ambiente - graças aos diamantes.

Diamante quântico

Em 2012, uma equipe britânica demonstrou que um maser pode operar a temperatura ambiente usando a molécula orgânica pentaceno. No entanto, o protótipo produziu apenas rajadas curtas de radiação maser, com duração de menos de um milésimo de segundo - se o maser orgânico for posto para operar continuamente, o cristal orgânico derrete.

Masers pulsados podem ser tão úteis quanto lasers pulsados, mas um sistema que possa emitir luz contínua é mais versátil.

Jonathan Breeze, trabalhando com a mesma equipe do Imperial College de Londres que fabricou o maser pulsado em 2012, foi encontrar a solução em um diamante sintético cultivado em uma atmosfera rica em nitrogênio.

Átomos de carbono foram arrancados do diamante usando um feixe de elétrons de alta energia, criando espaços conhecidos como vacâncias. O diamante foi então aquecido, o que permitiu que os átomos de nitrogênio e as vacâncias de carbono se unissem, formando um tipo de defeito conhecido como vacância de nitrogênio - é o mesmo processo usado para criar qubits no diamante para os computadores quânticos.

Maser contínuo a quente

Quando foi colocado dentro de um anel de safira, para concentrar a energia das micro-ondas, e iluminado pela luz de um laser verde, o diamante produziu um maser que opera continuamente e a temperatura ambiente - os masers foram originalmente construídos com rubis, que exigem um resfriamento criogênico para gerar o "masing", mas o diamante sintético dispensou o frio.

"Este avanço abre caminho para a adoção generalizada dos masers e abre as portas para uma ampla gama de aplicações que estamos ansiosos para explorar. Esperamos que o maser desfrute agora de tanto sucesso quanto o laser," disse Breeze.

Os masers podem ser usados em uma variedade de aplicações, como imagens médicas e varreduras de segurança, sensores para detectar produtos químicos remotamente, dar suporte à tecnologia dos computadores quânticos e até melhorar os métodos de comunicação espacial e ajudar a encontrar vida em outros planetas.

Bibliografia:

Continuous-wave room-temperature diamond maser
Jonathan D. Breeze, Enrico Salvadori, Juna Sathian, Neil McN. Alford, Christopher W. M. Kay
Nature
Vol.: 555, pages 493-496
DOI: 10.1038/nature25970