Komunikácia so vzdialenými vesmírnymi sondami a ďalšími zdrojmi signálov by mohla byť čoskoro oveľa jednoduchšia. Tím výskumníkov z University of New South Wales vyvinul nové zariadenie, ktoré dokáže výrazne zosilniť slabé mikrovlnné signály. Tento prelomový prístroj využíva fialový diamant v kremennej trubici obklopenej silným magnetickým polom, čím vytvára tzv. maser, mikrovlnný ekvivalent lasera. Na tému poukázal portál IFLScience.

Mikrovlnné signály vstupujú do zariadenia, kde sú zosilnené pomocou spinov vo fialovom diamante. Podľa profesora Jarryda Plu, ktorý je autorom štúdie, tento proces vytvára repliky pôvodného signálu. Tie ho výrazne zosilnia a zároveň minimalizujú pridaný šum. Zosilnený signál vychádza oveľa jasnejší a čistejší, s potenciálnym faktorom zosilnenia až tisíc násobne. Zariadenie pracuje pri izbovej teplote, čo ho robí praktickejším než súčasné technológie, ktoré si vyžadujú extrémne nízke teploty na odstránenie takzvaného tepelného šumu.

NV centrá a fialový diamant

Farba fialového diamantu nie je len estetickým prvkom. V skutočnosti odhaľuje fascinujúcu prírodnú mechaniku, ktorá sa odohráva na atómovej úrovni. Tento unikátny odtieň je výsledkom tzv. dusíkových vacancy centier (NV centrá), čo sú zvláštne defekty v kryštalickej mriežke diamantu.

UNSW/Richard Freeman

NV centrá vznikajú, keď sa do štruktúry diamantu dostane atóm dusíka, ktorý nahradí jeden uhlíkový atóm, a zároveň v jeho bezprostrednom susedstve ostane prázdne miesto (tzv. vacancy). Táto kombinácia dusíka a prázdna vytvára špecifické vlastnosti, ktoré menia spôsob interakcie diamantu so svetlom. Dusíkové vacancy centrá emitujú v rámci svojho spektra intenzívne červené svetlo, ktoré sa pri prechode cez diamant premiešava a výsledkom je fialová farba.

“Musíme robiť diamanty viac fialovými,’” vysvetlil vedúci autor štúdie Tom Day. Hustota NV centier zvyšuje zisk zosilnenia a zároveň znižuje šum, čo robí signály čitateľnejšími a jasnejšími.

Zaujímavé je, že intenzita a odtieň fialovej farby priamo súvisia s množstvom NV centier v diamante. Čím je farba tmavšia a sýtejšia, tým viac NV centier je prítomných a tým lepšia je schopnosť diamantu zosilniť optické signály.

UNSW

Význam pre hlboký vesmír

Táto technológia má potenciál transformovať spôsob, akým detegujeme slabé signály. Sondy ako Voyager 1, nachádzajúce sa viac než 15 miliárd míľ od Zeme, vysielajú slabé signály. Súčasné zosilňovače, ktoré ich zachytávajú, potrebujú kryogénne chladenie, aby minimalizovali tepelný šum, čo je komplikované a nákladné. Nový maser však pracuje pri izbovej teplote, čo eliminuje potrebu chladenia. Zariadenie môže detegovať mikrovlnné signály z pulzarov, čiernych dier a galaxií, čím otvára dvere k lepšiemu pochopeniu vzdialeného vesmíru.

Výhodou novej technológie je, že zariadenie je oveľa jednoduchšie na prevádzku v porovnaní s kryogenicky chladenými zosilňovačmi. Je tiež kompaktné a môže sa ľahko implementovať do rôznych systémov. Vďaka zníženému šumu dokáže výrazne zlepšiť kvalitu prijímaných signálov.

UNSW

Komerčná dostupnosť

Tím výskumníkov pripúšťa, že existujú ešte výzvy na zlepšenie tejto technológie, no optimisticky veria, že by mohla byť komerčne dostupná v priebehu niekoľkých rokov. Tieto diamantové masery by mohli nájsť široké uplatnenie nielen vo vesmírnom výskume, ale aj v oblasti telekomunikácií, medicíny či rádiovej astronómie.