Алмаз без розетки: квантовый микроволновый генератор начал излучать сигнал без питания

Учёным удалось создать устройство, которое бросает вызов привычным представлениям об источниках энергии. В ходе эксперимента исследователи зафиксировали генерацию устойчивых микроволновых сигналов без подключения к внешнему питанию. Разработка основана на квантовых процессах и самоподдерживающихся взаимодействиях частиц. Об этом сообщает научный журнал Nature Physics.

Как возникла необычная система

Над проектом работала международная группа учёных из Австрии и Японии. В центре эксперимента оказался алмазный массив с азотно-вакансионными центрами, встроенный в микроволновый резонатор. Такие дефекты кристаллической решётки давно интересуют физиков из-за своих уникальных квантовых свойств.
Во время первого запуска исследователи наблюдали яркую вспышку света, вызванную синхронным излучением большого числа квантовых частиц. Этот эффект стал сигналом того, что внутри системы запустился необычный коллективный процесс.

Самоорганизация вместо питания

После начального импульса устройство не остановилось, а продолжило самостоятельно испускать короткие, но стабильные микроволновые сигналы. Принципиально важно, что для этого не требовался внешний источник энергии.
Компьютерный анализ показал, что спины частиц внутри алмаза начинают активно взаимодействовать между собой. Эти взаимодействия возвращают систему к исходному энергетическому состоянию и запускают новые квантовые переходы. В результате случайные колебания не рассеиваются, а выстраиваются в упорядоченный процесс, формируя чёткий микроволновый сигнал.

Почему это важно для науки

Фактически учёные зафиксировали пример квантовой самоорганизации, когда система поддерживает собственную динамику без подпитки извне. Подобные эффекты ранее рассматривались в теории, но их практическая реализация оставалась сложной задачей.
Новый генератор показывает, что квантовые материалы способны выполнять функции, которые раньше требовали сложных электронных схем и постоянного энергоснабжения.

Возможные области применения

Перспективы разработки выходят далеко за рамки фундаментальной физики. Устройства на основе такого принципа могут использоваться в спутниковой связи для повышения стабильности сигналов. Кроме того, технология открывает возможности для создания новых медицинских приборов, предназначенных для диагностики и мониторинга состояния организма.
Отдельный интерес представляет экологический контроль. Датчики, построенные на базе квантового микроволнового генератора, смогут фиксировать крайне слабые изменения магнитных и электрических полей, что важно для обнаружения загрязнений и анализа окружающей среды.

Открытие демонстрирует, что квантовые системы способны не только хранить информацию, но и становиться активными элементами будущих технологий. В дальнейшем подобные генераторы могут лечь в основу компактных, энергонезависимых устройств нового поколения.