Diamantové rádio. Kredit: Eliza Grinnell / Harvard SEAS.

Zní to jako nějaký žert, ale je to pozoruhodný výzkum z Harvardu, který opět dokazuje, že diamanty jsou mezi vědci poslední dobou v kurzu. Tým badatelů Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) vytvořil úplně nejmenší rádiový přijímač na světě, který ke svému provozu využívá atomární defekty v růžové zbarvených diamantech. Jejich studii před pár dny zveřejnil časopis Physical Review Applied.

Marco Loncar. Kredit: SEAS.

Tohle nepatrné rádio, jehož komponenty mají velikosti pár atomů, je nejen velmi malé, ale také velice odolné. Přežije v hodně drsném prostředí, a jako zajímavý bonus je ještě ke všemu biokompatibilní. Jinými slovy, můžete ho poslat na Venuši anebo z něj udělat součástku kardiostimulátoru, fungovat bude tam i tam.

Vedoucí výzkumu Marko Loncar a jeho spolupracovníci využili běžný typ atomárních defektů, jaké bývají k vidění v diamantech, takzvaná nitrogen-vacancy (NV) centra. NV centra vzniknou tak, že dojde k nahrazení dvou atomů uhlíku z krystalové mřížky diamantu atomem dusíku (nitrogen) a prázdným místem (vacancy). Tato centra mají velice zajímavé vlastnosti, díky kterým přitáhla zájem nanoinženýrů. NV centrum může být využito k vyzáření jednoho fotonu anebo třeba k detekci velmi slabého magnetického pole. Jsou také schopná fotoluminiscence, čili záření vyvolaného elektromagnetickým zářením. To znamená, že NV centra mohou přeměnit informaci na světlo, což z nich dělá nesmírně zajímavou komponentu pro vývoj kvantových počítačů, fotonických zařízení nebo pokročilých senzorů.

Nitrogen-vacancy center. Kredit: Kohei Itoh, AAPPS Bulletin.

Rádiové přijímače mají obvykle pět základních součástek: zdroj energie, přijímač, transduktor, který přemění zachycený vysokofrekvenční elektromagnetický signál na nízkofrekvenční proud, reproduktor, který přemění proud na zvuk a tuner. V diamantovém nanorádiu z Harvardu je zdrojem energie světlo ze zeleného laseru.

Diamantové rádio v experimentu Kredit: Eliza Grinnell / Harvard SEAS.

Zelený laser vybudí elektrony v NV centrech, které jsou velmi citlivé na elektromagnetická pole, například na rádiové vlny FM vysílání, tedy vysílání s frekvenční modulací. Když NV centra zachytí rádiové vlny, tak je zpracují a vyzáří audiosignál v podobě červeného světla. Běžná fotodioda pak toto světlo přemění na elektrický proud, ze které pak reproduktor vytvoří zvuk. Pokud kolem diamantového rádia vznikne silné magnetické pole, tak může být využito k přeladění rádia na jinou frekvenci.

Loncarův tým použili k zesílení signálu celé miliardy NV center v diamantech. Diamantová rádia ale ve skutečnosti fungují i s jedním jediným NV centrem, které vyzařuje elektromagnetické záření po jednotlivých fotonech. Vzhledem k tomu, že diamantové nanorádio je doopravdy diamantové, je i jako diamant odolné. Loncar a spol. si na něm pustili hudbu ve 350 stupních Celsia. Badatelé si pochvalují, že diamant je jako materiál skutečně unikátní. Od diamantového rádia a podobných technologií můžeme čekat velké věci. 

Video:  A diamond radio receiver


Literatura
SEAS 16. 12. 2016, Physical Review Applied 6: 064008 (online 15. 12. 2016), Wikipedia (Nitrogen-vacancy center).