Fuente: Ciencia Kanija
Artículo publicado por Tim Wogan el 15 de agosto de 2012 en physicsworld.com
Investigadores británicos han logrado
por primera vez construir un prototipo de máser de estado sólido que
funciona a temperatura ambiente, sin necesidad de aplicar un campo
magnético permanente. Los máseres, que hacen con las microondas lo mismo
que hacen los láseres con la luz visible, no se han usado ampliamente
debido a su complejas condiciones de uso – algunos requieren
refrigeración criogénica o cámaras de vacío y, a veces, potentes campos
magnéticos. Los investigadores afirman que su dispositivo podría tener
una variedad de usos en el futuro – desde la detección de explosivos a
detectar los estados de los átomos usados en computación cuántica.
Núcleo del máser Crédito: NPL
Condiciones extremas
Hay dos tipos básicos
de máseres. Los máseres atómico y molecular fueron los primeros tipos en
inventarse allá por el año 1958. Requerían voluminosas cámaras de vacío
y solo podían emitir potencias muy bajas. El segundo tipo, y el más
útil – los máseres de estado sólido – aprovechan las transiciones entre
estados de espín de iones paramagnéticos en un cristal sólido. Son mucho
más potentes y pueden producir los detectores de tenues señales de
microondas más sensibles y de menor ruido jamás construidos. Por
desgracia, para mantener la inversión de población necesaria en un máser
convencional de estado sólido, se requiere una refrigeración con helio
líquido, que normalmente viene acompañada por un potente campo magnético
de corriente directa.
La necesidad de estas condiciones
extremas nos ha llevado a que, aunque la NASA ha estado interesada en
invertir en el mantenimiento de máseres de estado sólido para recibir
las débiles señales transmitidas por las sondas espaciales Voyager, se
han descartado aplicaciones más cotidianas. “Por ejemplo, podría usarse
un máser para mejorar la precisión de un esćaner corporal de un
aeropuerto”, dice el autor principal Mark Oxborrow del Laboratorio
Nacional de Física en Teddington, Reino Unido, “pero esto aumentaría
considerablemente el coste del dispositivo. Por tanto, creo que hay
muchas aplicaciones que simplemente se han vuelto irrealizables debido a
los requerimientos de criogenia”.
Nuevo mecanismo de funcionamiento
Oxborrow y sus colegas del Imperial
College de Londres crearon su máser colocando un polímero blando –
p-terfenilo dopado con pentaceno – en lugar del habitual rubí cristalino
como medio de ganancia. Además, en lugar de bombearlo con una fuente de
microondas, como es lo habitual en un máser de estado sólido, usaron un
láser médico de 585 nm diseñado para el tratamiento de lesiones
vasculares. Estos cambios les permitieron utilizar un fenómeno conocido
como “cruce intersistémico selectivo de espín”, que nunca se había usado
en un máser, y que aún no se comprende por completo, para mantener la
inversión de población en ausencia de temperaturas criogénicas o un
potente y permanente campo magnético. “No es solo que hayamos tomado la
tecnología tradicional y hayamos mejorado cosas en distintos sentidos
para lograr que funcione a temperatura ambiente”, explica Oxborrow. “El
mecanismo de funcionamiento de nuestro máser de temperatura ambiente es
completamente distinto de los máseres convencionales de estado sólido”.
Impresionante pero, ¿potencialmente problemático?
Aharon Blank, químico
del Instituto Technion-Israel de Tecnología en Haifa, Israel, que fue
parte de un proyecto anterior que no tuvo éxito hace 10 años para
desarrollar un máser de estado sólido de temperatura ambiente, está
impresionado por la investigación. Sin embargo, señala distintos
aspectos del diseño que podrían ser potencialmente problemáticos.
Primero, aunque el dispositivo puede funcionar en un campo magnético
nulo, se necesita un campo magnético para ajustar el campo magnético en
el que funciona. Aunque inconveniente,no cree que esto sea un problema
definitivo para un dispositivo comercial basado en esta tecnología. “Hay
muchos dispositivos comerciales actualmente que usan un campo magnético
estático para variar la frecuencia”, dice, “por lo que no es un gran
problema”.
Sin embargo, hay otro que sí lo es.
Actualmente, como en los primeros láseres, el dispositivo solo es capaz
de funcionar en pulsos, no en modo continuo. Los máseres se usan
principalmente para detectar y amplificar radiación incidente de
microondas muy débil, y el uso de un detector que no puede mantenerse en
funcionamiento continuamente es limitado. Por otra parte, Oxborrow
sugiere que podría usarse para escuchar ecos de radar, por ejemplo. El
equipo está actualmente experimentando con su dispositivo para ver si
puede funcionar o no en modo continuo, y de ser así, cómo puede
lograrse.
La investigación se publica en la revista Nature.
Autor: Tim Wogan
Fecha Original: 15 de agosto de 2012
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