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28 de Marzo de 2018
física

Láseres de microondas prácticos

Se ha creado un máser continuo que funciona a temperatura ambiente, un dispositivo perseguido desde hace mucho.

Charles H. Townes con el primer máser, del que fue uno de los inventores en 1953, lo que le valdría el premio Nobel de Física en 1964 [Dan Rubin].

Antes de los láseres estuvieron los máseres, los parientes en microondas de los láseres ópticos. Pero mientras los láseres se usan para muchas aplicaciones, de los telescopios a la medicina, los máseres han estado languideciendo a la sombra porque solo funcionan a temperaturas muy frías o en el vacío. Ahora, los físicos han creado un máser que funciona en condiciones ordinarias gracias a los diamantes.

Los máseres, concebidos en la década de 1950, y los láseres, que les siguieron en 1960, generan intensos haces de ondas electromagnéticas muy ordenadas. Los máseres pueden usarse para amplificar trazas diminutas de radiación con poco ruido, lo que les hace útiles para la medición de señales débiles en astronomía y para comunicarse con misiones distantes, como las sondas Voyager de la NASA. Pero estas aplicaciones requieren por lo usual un enfriamiento criogénico. En algunos casos, los dispositivos de microondas podrían resultar más útiles que los láseres porque pueden atravesar materiales que para la luz óptica no son transparentes.

El útimo aparato, construido por físicos de Colegio Imperial de Londres, puede ahora producir un haz de máser continuo a temperatura ambiente. La instalación ilumina con luz de láser un aparato de diamante, zafiro y cobre para crear la emisión de microondas (como se ve en este vídeo).

La sensibilidad de los amplificadores de microondas existentes había estado limitada por el ruido de fondo. Esta última técnica «abate el ruido de esos amplificadores al mismo tiempo que permiten que funcionen a temperatura ambiente», dice David Awschalom, físico de la Universidad de Chicgo en Illinois, que no participó en las investigaciones. «Este trabajo es muy emocionante».

La investigación, publicada en Nature el 21 de marzo, se basa en un sistema construido en 2012 por miembros del mismo equipo. Ese dispositivo también funcionaba a temperatura ambiente, pero producía solo pulsos de máser, menos útiles que un haz continuo. El equipo resolvió ese problema reemplazando un componente clave del montaje, el medio de ganancia. El primer aparato usaba una molécula orgánica, el pentaceno, que se degradaba con el tiempo. En el nuevo instrumento insertaron un pequeño diamante, creado en condiciones particulares, que era más estable y generaba radiación ininterrumpida.

El último máser sigue siendo solo una prueba de principio y requerirá mejoras en su potencia y estabilidad para estar a la altura de los dispositivos existentes, dice Ren-Bao Liu, físico de la Universidad China de Hong Kong. Pero podría beneficiar a los campos donde se usan actualmente amplificadores de baja temperatura porque les ofrece un aparato más barato y práctico, dice. Además, como aprovecha una característica del diamante que usa (unos pequeños defectos conocidos como centros de vacantes de nitrógeno), podrían encontrar aplicación en las tecnologías cuánticas que también aprovechan esas imperfecciones, dice.

Elizabeth Gibney / Nature news

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Nature Research Group.

Referencia: «Continuous-wave room-temperature diamond maser», de Breeze, J.D. et al en Nature 555, 493-496 (2018).

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