Этот крошечный радиоприемник, строительные блоки которого размером с два атома, может выдерживать чрезвычайно суровые условия окружающей среды и является биосовместимым, что означает, что он может работать где угодно, от зонда на Венере до кардиостимулятора в человеческом сердце.Исследование было проведено Марко Лончар, профессором электротехники Тяньцай Линь в SEAS, и его аспирантом Линбо Шао и опубликовано в Physical Review Applied.Радио использует крошечные дефекты в алмазах, называемые азотно-вакансионными (NV) центрами.
Чтобы создать NV-центры, исследователи заменяют один атом углерода в кристалле алмаза на атом азота и удаляют соседний атом, создавая систему, которая по сути представляет собой атом азота с отверстием рядом с ним. NV-центры можно использовать для излучения одиночных фотонов или обнаружения очень слабых магнитных полей. Они обладают фотолюминесцентными свойствами, что означает, что они могут преобразовывать информацию в свет, что делает их мощными и многообещающими системами для квантовых вычислений, фононики и зондирования.
Радиоприемник состоит из пяти основных компонентов — источника питания, приемника, преобразователя для преобразования высокочастотного электромагнитного сигнала в воздухе в низкочастотный ток, динамика или наушников для преобразования тока в звук и тюнера.В устройстве Гарварда электроны в алмазных NV-центрах питаются или накачиваются зеленым светом, излучаемым лазером. Эти электроны чувствительны к электромагнитным полям, включая волны, используемые, например, в FM-радио. Когда NV-центр принимает радиоволны, он преобразует их и излучает звуковой сигнал в виде красного света.
Обычный фотодиод преобразует этот свет в ток, который затем преобразуется в звук через простой динамик или наушники.Электромагнит создает вокруг алмаза сильное магнитное поле, которое можно использовать для смены радиостанции, подстраивая частоту приема NV-центров.
Шао и Лончар использовали миллиарды NV-центров, чтобы усилить сигнал, но радио работает с одним NV-центром, излучая по одному фотону за раз, а не поток света.Радиоприемник чрезвычайно прочен благодаря прочности алмаза. Команда успешно проигрывала музыку при температуре 350 градусов по Цельсию — около 660 градусов по Фаренгейту.
«У бриллиантов есть эти уникальные свойства», — сказал Лончар. «Это радио сможет работать в космосе, в суровых условиях и даже в человеческом теле, поскольку алмазы биосовместимы».Соавторами этого исследования выступили Миан Чжан, Мэтью Маркхэм и Эндрю М. Эдмондс.
Его частично поддержал Центр интегральных квантовых материалов НТЦ.Видео: https://www.youtube.com/watch?v=aytf0Jk8YJ4