Впервые получен работающий при комнатной температуре постоянный микроволновый лазер

Ученые смогли создать постоянно работающий при комнатной температуре мазер — устройство, генерирующее согласованные волны микроволнового диапазона. Этот длинноволновый аналог лазера давно известен, но все предыдущие установки работали только при криогенных температурах. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Из всех источников когерентного излучения, то есть излучения с согласованными колебаниями волн, сохраняющими фазу, мазер стал первым, принцип работы которого ученые поняли в теории. За создание первого подобного прибора в 1950-х годах Чарльзу Таунсу, Николаю Басову и Александру Прохорову в 1964 году была присуждена Нобелевская премия по физике. Мазеры не очень широко применяются в науке и технике, так как для их работы необходимы сверхнизкие температуры, в то время как для получения лазерного излучения — когерентных волн оптического диапазона — настолько специфических условий не требуется.

В новой работе физиков из Имперского колледжа в Лондоне представляется устройство, которое может создавать постоянный мазерный луч при комнатной температуре. Он работает за счет облучения системы из алмаза, сапфира и меди лазерным лучом. Работоспособность подобных усилителей до недавнего времени ограничивалась фоновыми шумами, но новая разработка преодолевает эту проблему.

Видеоролик, снятый редакцией Nature о новом мазере

Этот же коллектив в 2012 году представил работающий при комнатной температуре мазер, но он мог создавать только импульсы излучения, то есть его излучение не было постоянным и, соответственно, не было таким полезным. Ученые смогли усовершенствовать прибор за счет замены ключевого компонента — усиливающей среды — с постепенно разрушающихся молекул пентацена на крохотный алмаз со специфическими дефектами. Такие нарушения в структуре называются NV-центры и представляют собой «дырку» размером в два атома углерода внутри решетки алмаза, причем вместо одного из них помещен азот, который может перемещаться между этими свободными положениями.

Новое устройство по-прежнему может работать только в лаборатории и требует множества улучшений даже для того, чтобы быть полезным для ученых из других лабораторий. Тем не менее, нет сомнений, что подобная разработка окажется востребованной, так как у мазерного излучения есть бесспорные преимущества перед лазерным: например, оно может проникать сквозь непрозрачные в оптическом диапазоне вещества.