Un team di ricercatori ha costruito un nuovo entusiasmante dispositivo per amplificare notevolmente i segnali a microonde. Sembra un MacGuffin di fantascienza: utilizza un diamante viola in un tubo di quarzo esposto a un intenso campo magnetico. Il sistema crea un maser, l’equivalente a microonde di un laser. Viene utilizzato per amplificare deboli segnali a microonde e radio. Gli amplificatori sono molto utili e non solo per i concerti di musica. Con la giusta tecnologia, qualsiasi segnale può essere reso più chiaro.
Un esempio sono i segnali delle sonde Voyager, che continuano a parlare con la Terra a quattro decenni dall’inizio della loro missione, ora nello spazio interstellare. I loro amplificatori sono fondamentali per far uscire il segnale, ma richiedono temperature molto fredde per funzionare. Quello nuovo, invece, funziona a temperatura ambiente.
“Le microonde entrano nel dispositivo e poi gli spin all’interno del diamante ne creano copie, che in effetti amplificano i segnali a microonde. Idealmente, i segnali a microonde escono molto più grandi e con pochissimo rumore in cima“, ha detto in una dichiarazione il professore associato Jarryd Pla, dell’Università del New South Wales. I ricercatori hanno dimostrato che la configurazione può amplificare il segnale di un fattore fino a 1.000. Potrebbe essere utilizzato per ricevere dati da veicoli spaziali ma anche da fonti che emettono microonde come pulsar, buchi neri e intere galassie.
Segnali spaziali riscontrati grazie ad amplificatori elettronici
“Attualmente, gli amplificatori elettronici vengono utilizzati per rilevare segnali da veicoli spaziali molto distanti come Voyager 1 che ora si trova a più di 15 miliardi di miglia di distanza dalla Terra, ma continua a inviare dati“, ha continuato Pla. “Questi amplificatori sono raffreddati criogenicamente per ridurre il cosiddetto rumore termico, che è il rumore elettrico casuale generato dal movimento degli elettroni nei componenti dell’amplificatore. Altrimenti, quel rumore travolgerebbe i segnali ricevuti“. Il colore del diamante non è per motivi estetici. È causato da difetti specifici chiamati centri di vacanza dell’azoto (NV), in cui un atomo di azoto viene messo al posto di un atomo di carbonio accanto a un punto vuoto.
Questi sistemi di spin, come vengono chiamati, sono fondamentali per l’amplificazione. L’aggiunta di molte di queste imperfezioni (fino a un certo punto) è la chiave per la tecnologia, ecco perché il diamante è viola. “In effetti, dobbiamo rendere i diamanti più viola“, ha spiegato l’autore principale Tom Day. “Il colore viola è in realtà causato dalla luce rossa emessa dai centri NV. Realizzare campioni più scuri significa più centri NV, che alla fine producono livelli più elevati di guadagno e livelli di rumore più bassi e rendono i segnali amplificati più chiari“.
