Diamante roxo pode revolucionar a comunicação com o espaço profundo

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Um novo dispositivo promete revolucionar a comunicação espacial, sendo composto por um diamante roxo dentro de um tubo de quartzo exposto a um forte campo magnético. Ele foi desenvolvido por cientistas liderados pelo professor Jarryd Pla, da Universidade de Nova Gales do Sul.

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O sistema cria um maser– o equivalente em micro-ondas de um laser – capaz de amplificar drasticamente sinais fracos de micro-ondas e rádio, o que representa um grande avanço para o contato com sondas espaciais distantes.

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Atualmente, a comunicação com espaçonaves como as sondas Voyager, que operam a bilhões de quilômetros da Terra, depende de amplificadores eletrônicos que necessitam de resfriamento criogênico para minimizar o “ruído térmico” – um ruído elétrico aleatório que pode interferir nos sinais. Esse resfriamento adiciona complexidade e custo às operações. O novo amplificador, no entanto, opera em temperatura ambiente, eliminando essa necessidade.

“As micro-ondas entram no dispositivo e, então, os spins dentro do diamante criam cópias delas, o que efetivamente amplifica os sinais de micro-ondas. Idealmente, os sinais de micro-ondas saem muito maiores e com muito pouco ruído”, explica o professor Pla.

Diagrama do novo dispositivo com diamante roxo — Diagrama do novo dispositivo maser / UNSW

Testes demonstraram que o dispositivo amplifica sinais em até 1.000 vezes, abrindo caminho não apenas para aprimorar a comunicação com espaçonaves, mas também para o estudo de emissões de micro-ondas de fontes cósmicas como pulsares, buracos negros e galáxias inteiras.

O roxo precisa ser mais roxo

A cor roxa do diamante não é um detalhe estético. Ela é causada por defeitos específicos na estrutura do cristal, chamados de centros de vacância de nitrogênio (NV). Nesses centros, um átomo de nitrogênio substitui um átomo de carbono próximo a um ponto vazio. Esses “sistemas de spin” são cruciais para o processo de amplificação. Quanto mais centros NV presentes no diamante, mais intensa é a cor roxa e melhor é o desempenho do amplificador.

Os cientistas explicam que, na verdade, é necessário tornar os diamantes mais roxos. A cor roxa é causada pela luz vermelha emitida pelos centros NV. Amostras mais escuras significam mais centros NV, o que, em última análise, produz níveis mais altos de ganho e níveis mais baixos de ruído, tornando os sinais amplificados mais claros.

Apesar dos desafios para otimizar ainda mais o dispositivo, os pesquisadores acreditam que ele poderá estar disponível comercialmente em poucos anos. A pesquisa foi publicada na revista Physical Review X.

Via IFLScience