Acest senzor cuantic ecologic funcționează cu ajutorul luminii solare

Tehnologia cuantică devine ecologică.

O nouă abordare a senzorilor de câmp magnetic extrem de sensibili renunță la laserele consumatoare de energie pe care dispozitivele anterioare s-au bazat pentru a-și face măsurătorile și le înlocuiește cu lumina soarelui. Laserele pot înghiți aproximativ 100 de wați de energie – ca și cum ar menține aprins un bec luminos. Această inovație ar putea să elibereze senzorii cuantici de această nevoie de energie. Rezultatul este un prototip ecologic, aflat în prima linie a tehnologiei, au anunțat cercetătorii într-un număr viitor al revistei Physical Review X Energy.

Marea întorsătură este în cum dispozitivul folosește lumina solară. Acesta nu folosește celule solare pentru a transforma lumina în electricitate. În schimb, lumina soarelui face treaba luminii laserului, spune Jiangfeng Du, fizician la Universitatea de Știință și Tehnologie din China din Hefei.

Magnetometrele cuantice includ adesea un laser verde puternic pentru a măsura câmpurile magnetice. Laserul strălucește pe un diamant care conține defecte atomice (SN: 2/26/08). Defectele rezultă atunci când atomii de azot înlocuiesc o parte din atomii de carbon din care sunt făcute diamantele pure. Laserul verde face ca defectele de azot să devină fluorescente, emițând lumină roșie cu o intensitate care depinde de intensitatea câmpurilor magnetice înconjurătoare.

Noul senzor cuantic are nevoie și de lumină verde. Există destulă lumină din aceasta în lumina soarelui, așa cum se vede în lungimile de undă verzi reflectate de frunzele copacilor și de iarbă. Pentru a colecta suficient de mult pentru a face să funcționeze magnetometrul lor, Du și colegii au înlocuit laserul cu o lentilă cu diametrul de 15 centimetri pentru a colecta lumina solară. Apoi au filtrat lumina pentru a elimina toate culorile în afară de verde și au concentrat-o pe un diamant cu defecte ale atomilor de azot. Rezultatul este o fluorescență roșie care dezvăluie intensitatea câmpului magnetic, la fel ca și magnetometrele echipate cu laser.

Un prototip de lentilă filtrează lumina verde din lumina soarelui pe un senzor pe bază de diamant de mai jos.
Lumina de culoare verde care strălucește pe senzorul pe bază de diamant dintr-un dispozitiv cuantic poate fi folosită pentru a măsura câmpurile magnetice. În acest prototip, o lentilă (sus) colectează lumina solară, care este filtrată pentru a lăsa doar lungimi de undă de lumină verde. Această lumină verde oferă o alternativă ecologică la lumina creată de laserele consumatoare de energie pe care se bazează dispozitivele cuantice convenționale.Yunbin Zhu/Universitatea de Știință și Tehnologie din China

Schimbarea energiei de la un tip la altul, așa cum se întâmplă atunci când celulele solare colectează lumina și produc electricitate, este un proces ineficient în mod inerent (SN: 7/26/17). Cercetătorii susțin că evitarea conversiei luminii solare în energie electrică pentru a face să funcționeze laserele face ca abordarea lor să fie de trei ori mai eficientă decât ar fi posibil cu ajutorul celulelor solare care alimentează laserele.

„Nu am văzut niciodată alte rapoarte care să facă legătura între cercetarea solară și tehnologiile cuantice”, spune Yen-Hung Lin, un fizician de la Universitatea din Oxford care nu a fost implicat în studiu. „S-ar putea foarte bine să aprindă o scânteie de interes în această direcție neexplorată și am putea vedea mai multe cercetări interdisciplinare în domeniul energiei.”

Dispozitivele cuantice sensibile la alte lucruri, cum ar fi câmpurile electrice sau presiunea, ar putea beneficia, de asemenea, de abordarea bazată pe lumina soarelui, spun cercetătorii. În special, tehnologia cuantică din spațiu ar putea folosi lumina solară intensă disponibilă în afara atmosferei terestre pentru a furniza lumină adaptată pentru senzorii cuantici. Lumina rămasă, în lungimi de undă pe care senzorii cuantici nu le folosesc, ar putea fi relegată la celulele solare care alimentează electronica pentru a procesa semnalele cuantice.

Magnetometrul acționat de lumina solară este doar un prim pas în fuziunea dintre tehnologia cuantică și cea durabilă din punct de vedere ecologic. „În stadiul actual, acest dispozitiv este în primul rând pentru scopuri de dezvoltare”, spune Du. „Ne așteptăm ca dispozitivele să fie utilizate în scopuri practice. Dar există [is] multă muncă de făcut”.