Viên kim cương tím được sử dụng trong thiết bị khuếch đại (Ảnh: UNSW).
Trong lĩnh vực khoa học và công nghệ, việc phát hiện và khuếch đại các tín hiệu từ không gian sâu luôn là một thách thức lớn. Trong khi đó, đây lại là yếu tố tiên quyết để nhân loại tìm kiếm các nền văn minh ngoài vũ trụ.
Thế nhưng gần đây, các nhà nghiên cứu đã khám phá thành công tiềm năng của kim cương tím kết hợp với laser vi sóng trong việc tăng cường khả năng nhận diện các tín hiệu yếu từ vũ trụ.
Sự kết hợp giữa kim cương tím và laser vi sóng
Kim cương, với cấu trúc tinh thể carbon hoàn hảo, từ lâu đã được biết đến với độ cứng và khả năng dẫn nhiệt xuất sắc. Tuy nhiên, kim cương tím, một biến thể hiếm hoi, sở hữu những đặc tính quang học đặc biệt.
Màu tím của chúng xuất phát từ sự hiện diện của các tạp chất hoặc khuyết tật trong cấu trúc tinh thể, tạo ra các mức năng lượng khác nhau và ảnh hưởng đến cách chúng tương tác với ánh sáng.
Những đặc tính này khiến kim cương tím trở thành ứng cử viên lý tưởng cho các ứng dụng trong quang học và điện tử.
Trong khi đó, laser vi sóng (hay còn gọi là maser) hoạt động dựa trên nguyên lý khuếch đại vi sóng bằng cách kích thích phát xạ bức xạ.
Khác với laser thông thường phát ra ánh sáng khả kiến hoặc tia hồng ngoại, maser phát ra bức xạ trong dải vi sóng, có khả năng xuyên qua các môi trường mà ánh sáng thường không thể.
Điều này đặc biệt hữu ích trong việc truyền và nhận tín hiệu từ không gian sâu, nơi các tín hiệu thường rất yếu và dễ bị nhiễu loạn.
Biến giấc mơ khoa học viễn tưởng thành hiện thực
Bộ khuếch đại trong phòng thí nghiệm, với viên kim cương tím đang bị tia laser màu xanh lá chiếu vào, và nằm trong từ trường (Ảnh: UNSW).
Từ những đặc tính của 2 vật liệu này, các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu kết hợp kim cương tím với maser để tạo ra một hệ thống khuếch đại tín hiệu hiệu quả.
Tại đó, kim cương tím, với các khuyết tật đặc biệt trong cấu trúc tinh thể, có thể được sử dụng như một môi trường khuếch đại lý tưởng cho maser. Khi được kích thích, các electron trong kim cương tím chuyển lên mức năng lượng cao hơn và khi trở về trạng thái ban đầu, chúng phát ra bức xạ vi sóng.
Quá trình này tạo ra một chùm tia maser mạnh mẽ, có khả năng khuếch đại các tín hiệu vi sóng yếu từ không gian sâu.
Việc sử dụng kim cương tím trong maser mang lại nhiều lợi ích. Đầu tiên, kim cương có độ bền cao, khả năng chịu nhiệt và dẫn nhiệt tốt, giúp thiết bị hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt. Bên cạnh đó, các khuyết tật trong kim cương tím có thể được điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu suất khuếch đại.
Các nhà nghiên cứu cho rằng, công nghệ này mở ra triển vọng mới trong việc phát hiện và nghiên cứu các tín hiệu từ vũ trụ, hỗ trợ cho các sứ mệnh không gian và nghiên cứu thiên văn.
Nói cách khác, sự kết hợp giữa vật liệu quý hiếm và công nghệ tiên tiến đang dần biến những ý tưởng khoa học viễn tưởng thành hiện thực, đưa con người tiến gần hơn đến việc hiểu biết sâu rộng về vũ trụ bao la.
