מייזר במצב מוצק הפועל בטמפרטורת החדר

מדענים ממעבדת הפיזיקה הלאומית ומאוניברסיטת אימפריאל קולג’ בלונדון הדגימו, לראשונה אי-פעם, מייזר (מכשיר להגברת גלי מיקרו ע”י קרינה) במצב מוצק המסוגל לפעול בטמפרטורת החדר

מדענים ממעבדת הפיזיקה הלאומית ומאוניברסיטת אימפריאל קולג’ בלונדון הדגימו, לראשונה אי-פעם, מייזר (מכשיר להגברת גלי מיקרו ע”י קרינה) במצב מוצק המסוגל לפעול בטמפרטורת החדר. תגלית זו סוללת את הדרך ליישומו הרווח של המנגנון בתחומים רבים.

מייזר (MASER) הוא ראשי תיבות שמשמעותם “הגברת גלי מיקרו ע”י פליטה מאולצת של קרינה”. התקנים המבוססים על תהליך זה פותחו ע”י מדענים כבר לפני חמישים שנים, עוד לפני שהומצאו התקני הלייזר. במקום לפלוט אלומה עוצמתית של אור, כמו במקרה של לייזר, התקן המייזר פולט אלומה מרוכזת של גלי מיקרו.

התקני מייזר רגילים פועלים ע”י הגברת גלי מיקרו באמצעות גבישים, כדוגמת אודם. יחד עם זאת, ההשפעה הטכנולוגית של המייזר הייתה קטנה ומוגבלת לעומת ההשפעה של הלייזר מאחר והפעלתו מחייבת תנאים קיצוניים שמסובך לקבלם – בין אם לחצים נמוכים ביותר, המתקבלים בעזרת תאי ריק ומשאבות חזקות ובין אם תנאי קיפאון בטמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט (-273.1 מעלות צלזיוס) המתקבלים בעזרת התקני קירור מיוחדים. בנוסף לכך, לעיתים נדרש גם שימוש בהפעלת שדות מגנטיים עוצמתיים, עובדה המחייבת שימוש במגנטים גדולים.

כעת, צוות החוקרים ממעבדת הפיזיקה הלאומית ומאוניברסיטת אימפריאל קולג’ בלונדון הדגימו מייזר במסגרת התקן הפועל באוויר ובטמפרטורת החדר ללא צורך בהפעלת שדה מגנטי כלשהו. פריצת דרך זו משמעותה כי עלות הייצור וההפעלה של מייזרים תוכל להיות פחותה באופן משמעותי, תוצאה שתוכל להוביל להרחבת השימוש בהם, בדומה לרמת השימוש בלייזר.

החוקרים מסבירים כי מייזרים הפועלים בטמפרטורת החדר יוכלו לשמש להגברת רגישותם ויעילותם של מכשירים רפואיים לסקירת חולים, לשיפורם של חיישנים כימיים לגילוי מרחוק של חומרי נפץ ולהתקנים להפחתת רעש הרקע עבור מחשבים קוונטיים וטלסקופי-רדיו המשמשים לגילוי חיים בפלנטות אחרות.

מסביר אחד מכותבי המאמר: “מזה כחצי מאה שמנגנון המייזר, בן דודו המסורבל של הלייזר, נשכח לו. העיצוב פורץ הדרך שלנו יאפשר למייזרים לשמש בתעשייה ובמוצרי צריכה.” מוסיף ואומר אחד מהחוקרים האחרים: “כאשר לייזרים הומצאו, אף אחד לא ידע ממש כיצד בדיוק הם ישמשו בעתיד, ועדיין הטכנולוגיה שגשגה עד כדי כך שהתקני לייזרים מצויים כיום בכל מקום. עדיין צפויה לנו דרך ארוכה לפני שמנגנון המייזר יגיע לאותה הרמה, אולם פריצת הדרך שלנו משמעותה כי טכנולוגיה זו תוכל בסופו של דבר להיות נפוצה ויעילה.”

טכנולוגיית מייזר רגילה פועלת ע”י הגברת גלי מיקרו בעזרת גבישים אי-אורגניים קשיחים כדוגמת אודם. אולם, המנגנון פועל רק כאשר הגביש נמצא בטמפרטורה נמוכה מאוד. צוות החוקרים גילה כי סוג שונה לחלוטין של גביש, טרפניל המאולח בפנטאצן, יוכל להחליף את האודם ולאפשר פעולה בטמפרטורת החדר. באופן מעניין, האילוח של הפנטאצן בתוך הטרפניל, שבמקור הוא חסר צבע, הפך את הגביש לוורוד עז – אותו הצבע של גביש האודם.

האתגר שמולם ניצב כעת צוות החוקרים הוא לגלות כיצד לגרום להתקן לפעול באופן רציף, כיוון שכעת הוא פועל בפולסים בלבד הנמשכים חלקי השנייה בלבד בכל פעם. בנוסף, מטרת החוקרים היא להפעיל את ההתקן בתחום רחב של תדירויות, במקום בתחום הצר כיום, תוצאה שתהפוך את הטכנולוגיה לשימושית עוד יותר.

בטווח הארוך יותר, לחוקרים יש מטרות מגוונות יותר, לרבות איתור חומרים שונים שיוכלו גם הם לשמש בהתקן הפועל בטמפרטורת החדר תוך כדי חיסכון אנרגטי בהפעלתם. בנוסף, החוקרים יתמקדו גם בתכנון עיצובים חדשים שיוכלו להפוך את ההתקן לקטן ולנייד יותר.

סרטון מאת החוקר הראשי

הידיעה על המחקר