Creado un ¡®l¨¢ser¡¯ de microondas que funciona a temperatura ambiente

Investigadores brit¨¢nicos y alemanes han logrado rescatar casi del olvido una tecnolog¨ªa tan prometedora que podr¨ªa oscurecer al l¨¢ser. Usando un complejo sistema ¨®ptico, han logrado la emisi¨®n amplificada de un rayo de microondas a temperatura ambiente. Su desarrollo podr¨ªa facilitar en un futuro, las comunicaciones con el espacio profundo, la inform¨¢tica cu¨¢ntica o las tecnolog¨ªas de esc¨¢ner.

Antes de que existiera el l¨¢ser, estuvo el m¨¢ser. Acr¨®nimo en ingl¨¦s de amplificador de microondas por la emisi¨®n estimulada de radiaci¨®n, es, simplificando, un l¨¢ser pero para las microondas. Tecnolog¨ªa desarrollada primero en 1954, los m¨¢ser existentes necesitan operar a temperaturas de 4K, cercanas al cero absoluto (?273,15?) o en condiciones de vac¨ªo extremo. Eso ha limitado sus aplicaciones a los relojes at¨®micos o la radioastronom¨ªa. La constelaci¨®n de sat¨¦lites artificiales Galileo, por ejemplo, usa m¨¢ser de gas hidr¨®geno.

En 2012, este mismo grupo de investigadores logr¨® crear un m¨¢ser de estado s¨®lido que funcionaba a temperatura ambiente. Lo consiguieron usando un material (al que excitar con la luz) de origen org¨¢nico. Pero, tal y como publicaron entonces en Nature, este material acumulaba demasiado calor hasta correr el riesgo de fundirse. As¨ª que solo pudieron demostrar su m¨¢ser por medio de emisiones intermitentes de radiaci¨®n que duraban menos de una mil¨¦sima de segundo. Ahora parece que han encontrado la soluci¨®n en una piedra especial, un diamante artificial.

Los m¨¢ser actuales necesitan temperaturas cercanas al cero absoluto

"La dependencia de la criogenia es la raz¨®n principal por la que los m¨¢sers solo han encontrado aplicaciones de nicho, limitando su adopci¨®n", recuerda el f¨ªsico del Imperial College de Londres y principal autor de este trabajo,?Jonathan Breeze. Dado que el nuevo m¨¢ser de diamante funciona a temperatura ambiente, esto elimina la barrera que ha frenado los m¨¢sers durante tanto tiempo", a?ade.

El experimento, cuyos resultados acaba de publicar Nature, us¨® un diamante artificial con una serie de impurezas (¨¢tomos de nitr¨®geno) dentro de un cilindro de zafiro y una cavidad de resonancia de cobre, similar a los espejos usados en la tecnolog¨ªa l¨¢ser. Al dirigir el l¨¢ser hacia el cristal se produce un fen¨®meno descubierto hace casi un siglo por Albert Einstein: la emisi¨®n estimulada.

Los electrones tienden a tener un estado de baja energ¨ªa pero en los ¨¢tomos de nitr¨®geno elevan ese estado al recibir los fotones de la luz l¨¢ser. En condiciones normales, un electr¨®n libera un fot¨®n en su regreso a su estado de menor energ¨ªa. Pero al someter el sistema a un campo magn¨¦tico, tras recibir un fot¨®n, cada electr¨®n liberaba dos fotones para volver a su estado, provocando as¨ª una reacci¨®n en cadena.

El rayo obtenido tiene las mismas caracter¨ªsticas que un rayo l¨¢ser: todos los fotones son monocrom¨¢ticos, en fase, con la misma polaridad y viajan en la misma direcci¨®n. La ¨²nica diferencia es que en vez de luz visible son microondas. A diferencia de 2012, la emisi¨®n fue continua y a temperatura ambiente. "Hicimos funcionar el m¨¢ser durante todo el d¨ªa sin el menor problema", comenta Breeze. A¨²n quedan algunos problemas que solventar, como la laboriosa manufactura de un diamante tan particular, pero Breeze cree que bastar¨¢ un poco de ingenier¨ªa para solventarlos.

En cuanto a sus posibles usos, Breeze recuerda una an¨¦cdota de la ¨¦poca en la que se invent¨® el l¨¢ser: "Nadie pod¨ªa haber previsto el incre¨ªble abanico de usos que iban a tener los rayos l¨¢ser. Incluso Theodore H. Mainan, el primero en desarrollarlo, los llam¨® una soluci¨®n en busca de un problema". Sin embargo, el l¨¢ser tiene hoy infinidad de usos. Adem¨¢s de su uso tradicional en relojes altamente precisos, radio astronom¨ªa o comunicaciones espaciales, el m¨¢ser podr¨ªa impulsar todo aquello que necesite de detectores tan sensibles. medicina, seguridad, tecnolog¨ªas cu¨¢nticas...