يقوم المتخصصون في جامعة هارفارد بإنشاء أصغر راديو في العالم من الماس

يعد جهاز الاستقبال اللاسلكي هذا مجرد بداية للعمل ، في المستقبل ، يخطط العلماء لاستخدام خصائص أخرى للماس لإنشاء مكونات إلكترونية مصغرة ، حيث ابتكر

باحثون من SEAS ( كلية هارفارد جون أ. بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية ) أصغر جهاز استقبال لاسلكي في العالم من الماس الوردي. بتعبير أدق ، لا يلعب الماس نفسه دور جهاز الاستقبال ، ولكن من خلال عيوب صغيرة مجهرية في شبكة بلورية بحجم عدة ذرات. يتكون الراديو الصغير نفسه من كتل حجمها ذرتان. عمل مثل هذا المتلقييمكن في أسوأ الظروف ، عندما يفشل ببساطة أي جهاز إلكتروني. قد يكون سطح كوكب الزهرة ، فم البركان. يمكن استخدام نظام مماثل في الطب - على سبيل المثال ، استخدم وحدة مماثلة لجهاز تنظيم ضربات القلب.

كان قائد فريق التطوير ماركو لونار. واقترح هو ، جنبًا إلى جنب مع طالب الدراسات العليا لينبو شاو ، فكرة استخدام العيوب النقطية في الماس ، والمعروفة باسم الوظائف الخالية من النيتروجين في الماس. العيب نفسه هو انتهاك لهيكل الشبكة البلورية الماسية الذي يحدث عندما تتم إزالة ذرة الكربون من موقع الشبكة ويتم ربط الشغور المتشكل بذره النيتروجين.

يكمن تفرد هذا العيب في حقيقة أن خصائصه تتشابه تقريبًا مع خصائص الذرة ، سواء كانت "مجمدة" في الشبكة البلورية الماسية: يتم التحكم في دوران السبين الإلكتروني للمركز الفردي بسهولة: عن طريق الضوء ؛ المجالات المغناطيسية والكهربائية والميكروويف ؛ - الذي يسمح لك بتسجيل المعلومات الكمية (كيلوبايت) على الجزء الخلفي من المركز المركزي. هذا التلاعب ممكن حتى في درجة حرارة الغرفة ؛ يتمتع المركز بوقت تخزين طويل (يصل إلى بضع ميلي ثانية) لاستقطاب السبين المستحث ... في الوقت الحاضر ، يمكن اعتبار مركز NV كعنصر منطقي أساسي للمعالج الكمي المستقبلي ، وهو ضروري لإنشاء كمبيوتر كمومي ، وخطوط اتصال مع بروتوكول أمان كمومي وتطبيقات أخرى للسبينترونيك.

من أجل خلق وظيفة شاغرة مستبدلة بالنيتروجين ، استبدل الباحثون ذرة الكربون في ماسة صغيرة بذرة نيتروجين ، مما أدى إلى إزالة إحدى الذرات المجاورة. ونتيجة لذلك ، تم تشكيل نظام من ذرة النيتروجين و "حفرة". يمكن استخدام الوظائف لإصدار فوتون واحد ، أو للكشف عن مجال مغناطيسي ضعيف. تتميز الأنظمة من هذا النوع بخصائص الإضاءة الضوئية ، مما يعني إمكانية تحويل المعلومات إلى ضوء. هذا يفتح إمكانية استخدام الوظائف الخالية من النيتروجين في الحوسبة الكمومية والضوئيات والمجالات الأخرى.

حتى الماس الطبيعي والصناعي عالي النقاء (من النوع IIa) يحتوي على كمية صغيرةتركيز مراكز NV. (يتم تصنيع الماس الاصطناعي عالي النقاء باستخدام ترسيب البخار الكيميائي (CVD)). إذا كان تركيز المراكز غير كافٍ ، يتم تشعيع العينات وتليينها. يتم تنفيذ الإشعاع بواسطة جزيئات عالية الطاقة (10-80 كيلو فولت) ؛ يمكن أن يكون تيارًا: إلكترونات وبروتونات ونيوترونات وجسيمات جاما. يتم إنشاء مراكز NV على عمق يصل إلى 60 ميكرون. ومن المثير للاهتمام ، أن NV0 يكمن بشكل أساسي في عمق يصل إلى 0.2 ميكرومتر. الشواغر التي تم إنشاؤها في درجة حرارة الغرفة غير نشطة ، ولكن مع زيادة درجة الحرارة (فوق 800 درجة مئوية) تزداد حركتها بشكل ملحوظ. تلتقط ذرة النيتروجين التي تم إدخالها في الشبكة أحد الوظائف الشاغرة وتخلق NV− مع الشغور المجاور.


أما أجهزة الراديو فتتكون عادة من خمسة مكونات أساسية: مصدر طاقة وجهاز استقبال ومحول يحول الموجات الكهرومغناطيسية إلى تيار كهربائي ومنظم وديناميكيات. يحتوي النظام الذي تم إنشاؤه من قبل المتخصصين في جامعة هارفارد على جميع هذه المكونات ، على الرغم من أنه ليس بالشكل الذي اعتدنا على رؤيته.

مصدر الطاقة هنا هو شعاع ليزر يستهدف الإلكترونات في الوظائف الشاغرة التي تحل محل النيتروجين. الإلكترونات حساسة للمجال الكهرومغناطيسي ، بحيث تتفاعل مع الموجات الراديوية تحت تأثير أشعة الليزر. عندما يكتشف شاغر موجة راديو ، فإنه يحولها إلى ضوء أحمر ، والذي يتم إعادة توجيهه من خلال الصمام الثنائي الضوئي (في هذه الحالة ، محول). يتحول الضوء إلى تيار. علاوة على ذلك ، يتم تحويل التيار إلى صوت باستخدام السماعة.

ولكن ماذا عن إعداد مثل هذا جهاز الاستقبال؟ لقد حل العلماء هذه المشكلة أيضًا. لقد خلقوا مجالًا مغناطيسيًا حول الماس ، والذي يمكن التحكم فيه لتغيير تردد موجات الراديو التي تدركها الشواغر. يمكن تضخيم الإشارة إذا كنت تعمل مع المزيد من الوظائف الشاغرة. يستخدم باحثو SEAS مليارات من عيوب الماس الشبيهة بهذه النقطة. يمكن أن يعمل النظام مع شاغر واحد ، ولكن للأسف ، في هذه الحالة ، يمكن انبعاث فوتون واحد فقط في المرة الواحدة ، بدلاً من دفق من الضوء الأحمر.

يأمل فريق الباحثين في المستقبل في استكشاف إمكانية العمل مع العيوب الذرية الأخرى ، على سبيل المثال ، مع شواغر السليكون في الماس. ربما سيساعد ذلك على التحكم بشكل أفضل في موجات الراديو.

عند إجراء اختبارات تجريبية لراديو ماسي ، عمل العلماء ، بما في ذلك في ظل ظروف درجة حرارة مرتفعة - حوالي 350 درجة مئوية. يقول مدير المشروع: "الماس له خصائص فريدة". "هذا الراديو يمكن أن يعمل في الفضاء أو في الظروف الصعبة أو في جسم الإنسان."

تم دعم الدراسة من قبل مركز STC للمواد الكمومية المتكاملة .

Source: https://habr.com/ru/post/ar400171/