Maser, o pai do laser, agora portátil e a temperatura ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/03/2024

O novo maser miniaturizado em operação.
[Imagem: Thomas Angus]

Raios maser

Apesar de ser considerado do pai do laser, o maser - um espécie de laser de micro-ondas - só começou a ficar prático há cerca de uma década, quando foi construído o primeiro maser a funcionar a temperatura ambiente.

Maser é a sigla de Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation, ou amplificação de micro-ondas por emissão estimulada de radiação, e ele é tão promissor quanto seu filho, com aplicações possíveis que passam pelas telecomunicações, técnicas não-invasivas para analisar o interior do corpo humano, mecanismos de leitura do valor dos qubits dos computadores quânticos e até radiotelescópios capazes de estudar exoplanetas.

Agora essas aplicações ficaram ainda mais próximas da realidade. A mesma equipe que tirou essa tecnologia do frio e depois criou um maser de emissão contínua, em 2018, desta vez construiu um maser portátil, do tamanho de uma caixa de sapatos.

O novo dispositivo, pesando apenas alguns quilogramas, consegue amplificar sinais de micro-ondas a um custo acessível graças ao uso de um material de ganho muito simples, o pentaceno, uma cadeia de cinco anéis de benzeno que pode se formar à temperatura ambiente.

"Conseguimos encolher o maser para apenas 5 kg, sem necessidade de resfriamento, sem necessidade de vácuo, e é tudo em estado sólido. O que diferencia o maser portátil dos projetos anteriores é que o maser numa caixa de sapatos é o primeiro maser portátil à temperatura ambiente, operando perto do limite quântico, mas pequeno e leve o suficiente para ser portátil. A portabilidade é fundamental para incentivar mais pessoas a usar este dispositivo. Faz toda a diferença quando alguém pode segurar um dispositivo e apertar um botão facilmente," disse o professor Wern Ng, do Imperial College de Londres.

A equipe já construiu um maser de diamante, que é contínuo, mas ele ainda não foi miniaturizado.
[Imagem: Jonathan D. Breeze et al. - 10.1038/nature25970]

Maser de diamante

Um dos maiores desafios da equipe foi miniaturizar a fonte de bombeamento, a energia de base que deve ser fornecida ao dispositivo para que ele a amplifique. Embora um material de ganho a temperatura ambiente eliminasse a necessidade de resfriamento, os masers existentes ainda precisavam usar uma bomba grande e de alta energia.

"Para amplificar as micro-ondas, as moléculas de pentaceno devem ser 'bombeadas' usando pulsos de luz visível, que as colocam em um estado excitado. A energia desses pulsos depende das propriedades materiais do cristal orgânico no qual as moléculas de pentaceno são encontradas. Nosso maior desafio foi reduzir a energia de pulso necessária a um nível baixo o suficiente para que um laser pulsado compacto pudesse bombear o maser," contou o professor Daan Arroo.

Ainda que o maser numa caixa de sapatos seja muito menor do que a geração anterior de masers de pentaceno, os pesquisadores pretendem miniaturizar ainda mais o projeto.

"Pode ser possível substituir o laser por uma fonte de luz menor, baseada em LED, se pudermos reduzir a energia necessária para bombear as moléculas. Também estamos considerando como um maser de diamante, que também pode operar em temperatura ambiente, pode ser miniaturizado para um formato portátil," disse Arroo.

Os masers de diamante podem operar continuamente, em oposição à operação pulsada dos masers de pentaceno, o que poderia levar a mais aplicações.

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