MW: Desarrollado el primer máser de temperatura ambiente

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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