Алмаз превратили в рекордно маленький радиоприемник

Harvard School of Engineering and Applied Sciences

Ученые из Гарвардского университета создали самый маленький в мире радиоприемник из дефектного алмаза. Размер его «деталей» составляет два атома. Исследователи отмечают, что устройство может работать в экстремальных условиях — например, в открытом космосе. Статья ученых опубликована в журнале Physical Review Applied, кратко об устройстве рассказывает пресс-релиз на сайте университета.

Обычно физики совершенствуют материалы, устраняя в них различного рода дефекты, однако в некоторых случаях изъяны наоборот оказываются полезными, и создаются учеными намеренно. Примером такого дефекта может служить NV-центр или азото-замещенная вакансия в алмазе. Он представляет собой нарушение строения кристаллической решетки алмаза, которое возникает при удалении атома углерода из узла решетки и связывании образовавшейся вакансии с атомом азота. NV-центр может быть использован для излучения одиночных фотонов или для улавливания очень слабого магнитного поля. Он также обладает фотолюминесцентными свойствами и может служить для преобразования информации в оптический сигнал.

Авторы новой работы использовали азото-замещенную вакансию в алмазе для того, чтобы создать миниатюрный радиоприемник. Он работает следующим образом: зеленый свет лазера служит источником энергии, который возбуждает в NV-центрах электроны, чувствительные к воздействию электромагнитных волн (в том числе и в FM диапазоне). Когда в азото-замещенные вакансии попадают радиоволны, возникает флуоресценция, и SV-центры начинают испускать фотоны красного света. Эти фотоны попадают в фотодиод, который конвертирует свет в электрический ток и подает его на динамик, затем преобразующий электричество в звук. Настраиваться на радиостанции (несущую частоту) помогает внешний электромагнит, который создает вокруг NV-центров магнитное поле.

В экспериментальном устройстве физики использовали алмаз с миллиардами азото-замещенных вакансий для получения более сильного оптического сигнала. Однако, по словам ученых, миниатюрный приемник сможет работать, даже если он будет иметь всего один NV-центр, испускающий одиночный фотон, а не поток света. 

Так как основу радиоприемника составляет алмаз, он может продолжать свою работу даже в экстремальных условиях. Например, во время испытаний, физики тестировали устройство при температуре 350 градусов Цельсия. Ученые считают, что впоследствии его можно будет использовать в самых разных областях — например, на космических кораблях или в теле человека, так как алмазы биосовместимы. В будущем исследователи надеются понять, как можно использовать другие дефекты, например SiV-центры в алмазах.

Недавно исследователи создали чехол для мобильного телефона, который улавливает радиоволны, испускаемые передатчиком, и конвертирует их обратно в электрический заряд. Такое устройство позволит увеличить время работы телефона на одном заряде батареи на 30 процентов.

Кристина Уласович