Maser strahlt erstmals auch bei Raumtemperatur
Kristall aus dotiertem p-Terphenyl sendet nach optischer Anregung korrelierte Mikrowellen aus.
So wie Laser korrelierte und fokussierte Lichtwellen aussenden, können Maser entsprechend gebündelte Mikrowellen emittierten. Vor über 60 Jahre erfunden, fristen heute verfügbare Maser wegen des aufwendigen Kühlung auf etwa vier Kelvin ein Nischendasein bei astronomischen Messungen und in speziellen Atomuhren. Das könnte sich nun mit einem neuen Maser, den britische Physiker entwickelt haben, ändern. Denn ihr Prototyp funktioniert erstmals bei Raumtemperatur.
Abb.: Dieser Kristall aus Pentazen-dotiertem p-Terphenyl ermöglicht die optische Anregung von Elektronen. Bei den darauf folgenden elektronischen Übergängen wird korrelierte Mikrowellenstrahlung emittiert. (Bild: NPL, ICL)
Möglich wurde dieser Erfolg mit einem Kristall aus der organischen Substanz p-Terphenyl, den Mark Oxborrow vom National Physical Laboratory in Teddington und seine Kollegen am Imperial College London mit Pentazen-Molekülen dotierten. Angeregt mit gelbem Laserlicht (585 Nanometer Wellenlänge) konnten Elektronen in dem Kristall auf höhere Niveaus gehoben werden. Von diesem fielen sie zurück auf das Niveau eines Triplett-Zustands. Bei den darauf folgenden Übergängen zwischen benachbarten Energielevels des Tripletts emittierten die Elektronen korrelierte Mikrowellen bei einer Frequenz von etwa 1,45 Gigahertz.
„Der Stand der Maser-Entwicklung ist vergleichbar mit dem des Lasers vor 50 Jahren“, sagt Oxborrow. So ist die Intensität der Mikrowellen nicht sehr hoch und auch das mögliche Frequenzspektrum noch relativ schmal. Ließen sich die einzelnen Bestandteile des Masers weiter verkleinern und mehrere Resonatoren parallel betreiben, könnten einige dieser Mängel jedoch beseitigt werden. Danach könnten von solchen Masern, die an Luft und bei Raumtemperatur unkompliziert einsetzbar sind, viele Anwendungen profitieren. Astronomen könnten ohne aufwendige Kühlung Detektoren bauen, deren Signale weniger von einem Störrauschen beeinträchtigt werden.
Rauschärmere Messungen ließen sich auch bei der Analyse von Quantencomputern oder molekularbiologischen Proben nutzen. Zudem könnten – so eine Hypothese – Maser die Grundlage für eine weitere Optimierung des digitalen Funkverkehrs im Gigahertz-Bereich liefern. „Aber die exakten Anwendungen sind aus heutiger Sicht noch weitgehend unbekannt“, sagt Neil Alford vom Imperial College, der an der Maser-Entwicklung beteiligt ist.
Jan Oliver Löfken
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