Creado un ‘láser’ de microondas que funciona a temperatura ambiente

Investigadores británicos y alemanes han logrado rescatar casi del olvido una tecnología tan prometedora que podría oscurecer al láser. Usando un complejo sistema óptico, han logrado la emisión amplificada de un rayo de microondas a temperatura ambiente. Su desarrollo podría facilitar en un futuro, las comunicaciones con el espacio profundo, la informática cuántica o las tecnologías de escáner.

Antes de que existiera el láser, estuvo el máser. Acrónimo en inglés de amplificador de microondas por la emisión estimulada de radiación, es, simplificando, un láser pero para las microondas. Tecnología desarrollada primero en 1954, los máser existentes necesitan operar a temperaturas de 4K, cercanas al cero absoluto (−273,15º) o en condiciones de vacío extremo. Eso ha limitado sus aplicaciones a los relojes atómicos o la radioastronomía. La constelación de satélites artificiales Galileo, por ejemplo, usa máser de gas hidrógeno.

En 2012, este mismo grupo de investigadores logró crear un máser de estado sólido que funcionaba a temperatura ambiente. Lo consiguieron usando un material (al que excitar con la luz) de origen orgánico. Pero, tal y como publicaron entonces en Nature, este material acumulaba demasiado calor hasta correr el riesgo de fundirse. Así que solo pudieron demostrar su máser por medio de emisiones intermitentes de radiación que duraban menos de una milésima de segundo. Ahora parece que han encontrado la solución en una piedra especial, un diamante artificial.

Los máser actuales necesitan temperaturas cercanas al cero absoluto

"La dependencia de la criogenia es la razón principal por la que los másers solo han encontrado aplicaciones de nicho, limitando su adopción", recuerda el físico del Imperial College de Londres y principal autor de este trabajo, Jonathan Breeze. Dado que el nuevo máser de diamante funciona a temperatura ambiente, esto elimina la barrera que ha frenado los másers durante tanto tiempo", añade.

El experimento, cuyos resultados acaba de publicar Nature, usó un diamante artificial con una serie de impurezas (átomos de nitrógeno) dentro de un cilindro de zafiro y una cavidad de resonancia de cobre, similar a los espejos usados en la tecnología láser. Al dirigir el láser hacia el cristal se produce un fenómeno descubierto hace casi un siglo por Albert Einstein: la emisión estimulada.

Los electrones tienden a tener un estado de baja energía pero en los átomos de nitrógeno elevan ese estado al recibir los fotones de la luz láser. En condiciones normales, un electrón libera un fotón en su regreso a su estado de menor energía. Pero al someter el sistema a un campo magnético, tras recibir un fotón, cada electrón liberaba dos fotones para volver a su estado, provocando así una reacción en cadena.

El rayo obtenido tiene las mismas características que un rayo láser: todos los fotones son monocromáticos, en fase, con la misma polaridad y viajan en la misma dirección. La única diferencia es que en vez de luz visible son microondas. A diferencia de 2012, la emisión fue continua y a temperatura ambiente. "Hicimos funcionar el máser durante todo el día sin el menor problema", comenta Breeze. Aún quedan algunos problemas que solventar, como la laboriosa manufactura de un diamante tan particular, pero Breeze cree que bastará un poco de ingeniería para solventarlos.

En cuanto a sus posibles usos, Breeze recuerda una anécdota de la época en la que se inventó el láser: "Nadie podía haber previsto el increíble abanico de usos que iban a tener los rayos láser. Incluso Theodore H. Mainan, el primero en desarrollarlo, los llamó una solución en busca de un problema". Sin embargo, el láser tiene hoy infinidad de usos. Además de su uso tradicional en relojes altamente precisos, radio astronomía o comunicaciones espaciales, el máser podría impulsar todo aquello que necesite de detectores tan sensibles. medicina, seguridad, tecnologías cuánticas...