Una mota de polvo de diamante se convierte en un láser de sonido ⚡ экспресс
En un nanodiamante levitante con un solo centro NV (nitrógeno-vacante), los físicos crearon un máser fonónico, dispositivo que amplifica vibraciones mecánicas como un láser. Al excitar el espín del defecto con microondas y luz, invirtieron la población de sus estados, convirtiendo el centro en un medio de amplificación para el movimiento de toda la partícula. El umbral de autooscilación resultó ser récord bajo: basta con una inversión de pocos por ciento, y la ganancia puede superar a las pérdidas en órdenes de magnitud. Las simulaciones confirmaron una oscilación coherente estable con difusión de fase, gobernada por las ecuaciones de Maxwell-Bloch, como en un láser ordinario.
Una mota de polvo de diamante hecha de carbono flota en el vacío sobre un rayo láser. En su interior hay un defecto: un átomo de nitrógeno junto a un vacío. Bajo la acción de luz y microondas, comienza a temblar, haciendo oscilar toda la mota. Así se pone en marcha un láser de sonido: débiles empujones aleatorios se convierten en un zumbido potente y estable. El mecanismo replica la idea de Charles Townes, quien creó el máser para microondas, pero aquí se amplifican las vibraciones sonoras. Basta con un diminuto exceso de estados excitados, apenas un par de por ciento.
Los cálculos coinciden plenamente con las leyes de la óptica cuántica. Un sistema así es capaz de detectar ondas gravitacionales o la fuerza del impacto de una sola molécula. Y, tal vez, por primera vez permitirá ver efectos cuánticos —por ejemplo, la existencia simultánea de dos vibraciones opuestas— en un objeto visible a simple vista.
🎯 El máser es el hermano mayor del láser: se construyó por primera vez en 1954 para microondas, y ahora el mismo principio da vida a vibraciones sonoras en un cristal.
🎬 En la ciencia ficción, los cristales autoexcitados suelen ser el corazón de detectores y motores.