پژوهشگران بریتانیایی برای اولین بار نمونه ای از میزر حالت جامد ساخته اند که در دمای اتاق کار می کند و نیاز به میدان مغناطیسی دایمی ندارد. میزرها همان کاری را با تابش میکروویو می کنند که لیزرها با نور مرئی؛ و به خاطر دشواری شرایط کار به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته اند. بعضی از آن ها نیاز به سردسازی یا اتاقک های خلا و گاهی میدان های مغناطیسی قوی دارند. پژوهشگران ادعا می کنند که وسیله آن ها کاربردهایی در آینده داشته باشد؛ کاربردهایی از قبیل تشخیص مواد محترقه تا تشخیص حالت های اتمی اتم ها در محاسبات کوانتومی.

دو نوع اساسی از میزرها وجود دارد. میزرهای اتمی و مولکولی اولین نوع بودند که در 1958م./1338ش. اختراع شدند. نیاز به اتاقک های خلا بزرگ داشتند و توان های تابشی بسیار پایینی داشتند. نوع دوم و مفیدتر آن ها –میزرهای حالت جامد- گذار بین حالت های اسپینی پارامغناطیس را در یک بلور جامد به کار می گیرند. آن ها بسیار قدرتمندتر هستند و می تواند حساس ترین و بی نویز ترین آشکارسازهای سیگنال های مایکروویو ضعیف را تولید کنند. متاسفانه، برای حفظ وارونی جمعیت لازم در یک میزر حالت جامد معمول نیاز به تبرید هلیوم مایع است که معمولا همراه میدان مغناطیسی DC قوی است.

در حالی که ناسا تمایل به سرمایه گذاری بر نگهداری میزرهای حالت جامد برای دریافت های سیگنال های ضعیف ارسال شده توسط فضاپیمای وویجر دارد، نیاز به این شرایط خاص باعث شده کاربردهای روزمره آن فراموش شود. نویسنده ارشد، مارک آکسبارو[i] از آزمایشگاه ملی فیزیک در تدینگتون انگلستان می گوید: «مثلا شما می توانید از میزر برای ارتقای پویشگر بدن در فرودگاه استفاده کنید، اما این کار هزینه وسیله را تا حد زیادی افزایش می دهد. بنابراین فکر می کنم کاربردهای زیادی وجود دارد که به خاطر نیاز به تبرید، کنار گذاشته شده اند.»

سازوکارهای جدید

آکسبارو و همکارانش در کالج سلطنتی لندن با جایگزینی یک پلیمر نرم(پی-ترفنیل به همراه پنتاسن) به جای یاقوت بلوری معمول به عنوات محیط جذب، میزر خود را تولید کردند. به علاوه، به جای پمپ کردن با منبع میکروویو که برای میزرهای حالت جامد متداول است، آن ها از لیزر پزشکی 585 نانومتری برای درمان ضایعات عروقی استفاده کردند. این تغییر به آن ها امکان داد تا از پدیده مشهور «گذار بین سیستمی اسپین-گزین»[ii] استفاده می کند که هرگز در میزرها استفاده نشده و هنوز هم کاملا درک نشده است. این پدیده برای حفظ وارونی جمعیت در غیاب دماهای تبریدی یا میدان مغناطیسی دایمی استفاده شد. آکسبارو می گوید:«این طور نیست که ما فناوری متداول را اختیار کنیم و آن را به نحوی ارتقا دهیم که در دمای اتاق کار کند. سازوکار عملکرد میزر دمای اتاق ما کاملا با میزر حالت جامد معمول متفاوت است.»

تاثیرگذار اما احتمالا مشکل ساز

هارون بلنک[iii] از موسسه فناوری تکنیون در حیفا که عضوی از طرح ناموفق قبلی در 10 سال پیش است، تحت تاثیر پژوهش قرار گرفته است. هرچند او اشاره می کند که ممکن است بخش هایی از طراحی مشکل ساز شود. اول این که اگرچه وسیله می تواند در میدان صفر کار کند، میدان مغناطیسی برای تنظیم میدان مغناطیسی وسیله موردنیاز است. او باور ندارد که این نقص بتواند برای این وسیله مهلک باشد. وی می گوید:«امروزه ابزارهای تجاری وجود دارند که از میدان مغناطیسی استاتیک برای تغییر بسامد استفاده می کنند.»

هرچند هنوز یک مسئله جدی باقی مانده است. در حال حاضر همانند لیزرهای اولیه، این ابزار به جای حالت پیوسته تنها در حالت پالسی کار می کند. میزرها اساسا برای آشکارسازی و تقویت تابش میکروویو بسیار ضعیف استفاده می شوند و کاربرد آشکارسازی که نمی تواند به طور پیوسته کار کند، محدود است. از سوی دیگر آکسبارو پیشنهاد می دهد که از آن مثلا برای شنیدن اکوهای راداری استفاده شود. گروه هم اکنون در حال اجرای آزمایش بیشتر هستند تا معلوم شود آیا این ابزار در حالت پیوسته کار می کند یا خیر، و اگر این امر ممکن است، چگونه باید آن را محقق کرد.

این پژوهش در Nature به چاپ رسیده است.

منبع:

First room-temperature maser developed, Aug 15, 2012, Physicsworld.com, link

مرجع:

Room-temperature solid-state maser, Mark Oxborrow, Jonathan D. Breeze, Neil M. Alford, Nature 488, 353–356(16 August 2012), link