جهاز مازر ذو حالة صلبة يعمل في درجة حرارة الغرفة

أثبت علماء من المختبر الفيزيائي الوطني وكلية إمبريال كوليدج في لندن، لأول مرة على الإطلاق، جهاز الميزر (جهاز لتضخيم الموجات الدقيقة بالإشعاع) في حالة صلبة قادر على العمل في درجة حرارة الغرفة

أظهر علماء من المختبر الفيزيائي الوطني وجامعة إمبريال كوليدج لندن، لأول مرة على الإطلاق، جهاز الميزر (جهاز لتضخيم الموجات الدقيقة بالإشعاع) في حالة صلبة قادر على العمل في درجة حرارة الغرفة. ويمهد هذا الاكتشاف الطريق لتطبيق هذه الآلية على نطاق واسع في العديد من المجالات.

MASER هو اختصار يعني "تضخيم الموجات الدقيقة عن طريق الانبعاث القسري للإشعاع". تم تطوير الأجهزة المعتمدة على هذه العملية من قبل العلماء منذ خمسين عامًا، حتى قبل اختراع أجهزة الليزر. فبدلاً من إصدار شعاع قوي من الضوء، كما في حالة الليزر، يقوم جهاز الميزر بإصدار شعاع مركز من الموجات الميكروية.

تعمل أجهزة الميزر العادية عن طريق تضخيم الموجات الدقيقة باستخدام بلورات، مثل الياقوت. في الوقت نفسه، كان التأثير التكنولوجي للمازر صغيرًا ومحدودًا مقارنة بتأثير الليزر، نظرًا لأن تشغيله يتطلب ظروفًا قاسية يصعب الحصول عليها - إما ضغوط منخفضة للغاية، والتي يتم الحصول عليها بمساعدة غرف التفريغ و مضخات قوية، أو ظروف التجميد عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق (-273.1 درجة مئوية) والتي يتم الحصول عليها بمساعدة أجهزة تبريد خاصة. بالإضافة إلى ذلك، في بعض الأحيان يكون من الضروري أيضًا استخدام تنشيط المجالات المغناطيسية القوية، وهي حقيقة تتطلب استخدام مغناطيسات كبيرة.

والآن، قام فريق من الباحثين من مختبر الفيزياء الوطني وجامعة إمبريال كوليدج لندن بإثبات وجود جهاز ليزر داخل الجهاز يعمل في الهواء وفي درجة حرارة الغرفة دون الحاجة إلى تنشيط أي مجال مغناطيسي. ويعني هذا الاختراق أن تكلفة إنتاج وتشغيل أجهزة الليزر يمكن أن تكون أقل بكثير، وهي نتيجة يمكن أن تؤدي إلى التوسع في استخدامها، على غرار مستوى استخدام الليزر.

ويوضح الباحثون أنه يمكن استخدام أجهزة الليزر التي تعمل في درجة حرارة الغرفة لزيادة حساسية وكفاءة الأجهزة الطبية لفحص المرضى، ولتحسين أجهزة الاستشعار الكيميائية للكشف عن المتفجرات عن بعد، ولأجهزة تقليل الضوضاء الخلفية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية والتلسكوبات الراديوية المستخدمة. لاكتشاف الحياة على الكواكب الأخرى.

يشرح أحد مؤلفي المقال: "لقد مر نصف قرن منذ أن تم نسيان آلية مايزر، ابن عم الليزر المرهق. وسيسمح تصميمنا المبتكر باستخدام ماكينات الذرة في الصناعة والمنتجات الاستهلاكية." ويضيف ويقول أحد الباحثين الآخرين: "عندما تم اختراع الليزر، لم يكن أحد يعرف حقًا كيف سيتم استخدامه بالضبط في المستقبل، ومع ذلك فقد ازدهرت التكنولوجيا إلى حد أن أجهزة الليزر الآن موجودة في كل مكان. لا يزال أمامنا طريق طويل لنقطعه قبل أن تصل آلية مايزر إلى نفس المستوى، لكن الاختراق الذي حققناه يعني أن هذه التكنولوجيا يمكن أن تكون واسعة النطاق وفعالة في النهاية.

تعمل تقنية الماسر العادي عن طريق تضخيم الموجات الدقيقة بمساعدة بلورات صلبة غير عضوية مثل الياقوت. ومع ذلك، فإن الآلية تعمل فقط عندما تكون البلورة في درجة حرارة منخفضة جدًا. واكتشف فريق البحث أن نوعاً مختلفاً تماماً من الكريستال، وهو تيربينيل البنتاسين المتصلب، يمكن أن يحل محل الياقوت ويسمح بالعمل في درجة حرارة الغرفة. ومن المثير للاهتمام أن إقحام البنتاسين داخل التيربينيل، وهو عديم اللون في الأصل، أدى إلى تحويل البلورة إلى اللون الوردي الزاهي - وهو نفس لون بلورة الياقوت.

والتحدي الذي يواجه فريق الباحثين الآن هو معرفة كيفية جعل الجهاز يعمل بشكل مستمر، حيث أنه يعمل حاليًا فقط بنبضات لا تدوم سوى جزء من الثانية في كل مرة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن هدف الباحثين هو تشغيل الجهاز في نطاق واسع من الترددات، بدلاً من النطاق الضيق الحالي، وهي نتيجة ستجعل التكنولوجيا أكثر فائدة.

على المدى الطويل، لدى الباحثين أهداف أكثر تنوعًا، بما في ذلك العثور على مواد مختلفة يمكن استخدامها أيضًا في جهاز يعمل في درجة حرارة الغرفة مع توفير الطاقة في تشغيله. بالإضافة إلى ذلك، سيركز الباحثون أيضًا على تصميم تصميمات جديدة يمكن أن تجعل الجهاز أصغر حجمًا وأكثر سهولة في الحمل.

فيديو من إعداد الباحث الرئيسي

أخبار الدراسة