Физикам удалось создать универсальный приемник радиочастот

Ридберговский сенсор радиочастотного диапазона.

Отцы-основатели квантовой физики вряд ли надеялись дожить до воплощения их «безумных» идей в металле. Правда, одному из них приписываются слова о недостаточной безумности гипотезы, чтобы стать ей истинной. Но некоторые из них дожили до создания мазеров и лазеров, генерирующих когерентное излучения квантов со сходной длиной волны и частотой. Сегодня лазеры позволяют получать одиночные фотоны в больших количествах и охлаждать отдельные атомы.

Швед Йоханнес Ридберг (1854–1919), вдохновленный формулой, выведенной Нильсом Бором для атома водорода с дискретными уровнями энергии для единственного электрона, предложил расширить ее на щелочные металлы. Дело в том, что у щелочных металлов также присутствуют одиночные электроны на внешней оболочке. Было высказано и предположение о том, что перевозбужденный электрон может увеличивать «объем» атома в миллион раз!

Лазер (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) – это излучатель квантованных частиц света, фотонов. Но если есть излучатель, то должен быть и приемник (ресивер). В этом качестве выступают приемники аналогового (АМ) и частотно-модулированного радио (FM), устройства Wi-Fi и bluetooth, не говоря уже о микроволновом диапазоне. В совокупности все эти устройства перекрывают весь спектр частот от 0 до 20 гигагерц (GHz).

И все было бы хорошо, если бы для каждой из перечисленных «полос» не требовался свой собственный ресивер, хотя в обыденной жизни и тем более в специфических областях профессиональной деятельности давно высказывалось пожелание иметь универсальный приемник.

Задачу, похоже, удалось решить в одной из исследовательских лабораторий Армии США, где на основе использования ридберговских атомов создан универсальный приемник, покрывающий весь спектр радиочастот. Речь идет о ресивере, который сопряжен с волноводом ридберговского спектра от 0 до 20 ГГц. Авторы говорят также об атомном ресивере радиочастот, в основе которого нагретые атомы Ридберга, соединенные с «планарным» микроволновым волноводом. Для подавления шумов американские физики использовали предусилитель, что позволило решить с высокой эффективностью деликатную задачу спектрального анализа разных излучений.

Ученые также показали высокое качество считывания с помощью ридберговского ансамбля поступающей по разным каналам информации. Это обещает создание электронными инженерами небольших сенсоров, работающих при комнатной температуре…

Молекулы водорода (красным) и кислорода (желтым), которые на поверхности наночастиц палладия обмениваются электронами.  Иллюстрации Physorg

Главными драйверами работы большого интернационального коллектива авторов статьи в журнале Science были сотрудники Иллинойского университета в городе Урбана Шампань (США). В качестве источников водорода, восстанавливающего своим электроном кислород до Н2О2, были взяты вода и метанол (метиловый спирт). В ходе опытов было отмечено прилипание к поверхности наночастиц окислительно-восстановительных медиаторов, то есть химических посредников, играющих роль помощников катализа. В состав медиаторов входил кислород.

Компьютерное моделирование и квантово-химические расчеты показали, что вода и метанол катализируют восстановление кислорода. И это ведет к образованию Н2О2 и формальдегида. Авторы пишут, что процессу снижения энергетического барьера в интерфейсе раствор-наночастица помогают медиаторы, увеличивающие тем самым его скорость и количество перекиси водорода на выходе.

Необычно ведут себя и сдвоенные слои графена, образующие сэндвич между моноатомными пленками нитрида бора (BN). Как показали ученые из Массачусетского технологического института, взаимодействие графенового бислоя со слоями BN делает графен ферроэлектриком, пребывающим в сверхпроводящем или изолирующем состоянии. Можно напомнить, что так же ведет себя и полупроводник. Исходя из этого, авторы высказали предположение о возможности использования графеновых ферроэлектриков при создании нейроморфных компьютеров. Нейрон ведет себя как типичный транзистор, накапливая сигналы и затем испуская результирующий импульс в направлении синапса – точки соединения с другой нервной клеткой.