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Maser allo stato solido funzionante in continuo a temperatura ambiente

01.04.2018

Nel 1954 fu inventato un generatore quantistico di radiazione a microonde, un maser (maser, amplificazione a microonde mediante emissione stimolata di radiazione), che è il parente più prossimo del laser. Tuttavia, a differenza dei laser, che sono diventati molto diffusi, i maser vengono utilizzati molto meno spesso perché il loro normale funzionamento richiede il raffreddamento a una temperatura prossima allo zero assoluto, -273 gradi Celsius.

Tuttavia, grazie agli sforzi degli scienziati dell'Imperial College e dell'University College London, è nato il primo maser del suo genere, in grado di funzionare in continuo a temperatura ambiente. Questo risultato apre la strada all'applicazione pratica dei maser in vari campi della scienza e della tecnologia. "Ci auguriamo che il nostro lavoro renda i maser popolari quanto i laser tradizionali", afferma il dott. Jonathan Breeze.

Nel 2012, un team di scienziati ha dimostrato che un maser basato sul composto organico pentacene può funzionare a temperatura ambiente, producendo impulsi di radiazione a microonde della lunghezza di millesimi di secondo. Qualsiasi tentativo di far funzionare il maser per un periodo di tempo più lungo ha provocato la fusione del suo cristallo.

Come corpo del nuovo maser, gli scienziati hanno utilizzato un diamante cresciuto in un'atmosfera arricchita di azoto. Di conseguenza, sotto l'influenza di un fascio di elettroni focalizzato, molti atomi di carbonio nella struttura del diamante sintetico sono stati sostituiti da atomi di azoto, formando difetti nel reticolo cristallino, noti come posti vacanti di azoto. Il diamante è stato quindi riscaldato a una temperatura elevata, che ha consentito agli atomi di azoto e carbonio di formare coppie che a volte vengono utilizzate come qubit nella tecnologia quantistica.

Un cristallo di diamante sintetico lavorato è stato inserito all'interno di un anello di zaffiro, che fungeva da concentratore di energia a microonde, e illuminato da una luce laser verde. Gli esperimenti hanno dimostrato che un tale maser è in grado di funzionare a temperatura ambiente per un tempo arbitrariamente lungo.

Gli scienziati che hanno fatto questa scoperta credono che i maser che hanno creato possano essere utilizzati molto presto in un'ampia varietà di settori, tra cui radiografia, sistemi di sicurezza aeroportuale, radioastronomia e sistemi di comunicazione nello spazio profondo. Inoltre, i maser possono essere utilizzati nelle tecnologie di calcolo quantistico, fornendo il controllo dello stato e la lettura di informazioni archiviate in bit quantistici, qubit.

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Il nuovo sviluppo si chiama InnoMake. I suoi autori sono ingegneri austriaci coinvolti nella startup Tec-Innovation.

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