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哈佛大学约翰·a·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员利用粉红色钻石原子级缺陷组装出了世界上最小的无线电接收器。

这种微型无线电的基本部件只有两个原子那么大,它可以承受极端恶劣的环境,并且具有生物相容性,这意味着它可以在各种各样的地方工作,从金星上的探测器到人类心脏的起搏器。

这项研究是由Marko Lončar,林Tiantsai海洋电气工程教授,研究生Linbo Shao,发表在《物理评论》杂志上。

这种收音机利用钻石上的微小缺陷,即氮空位(NV)中心。为了制造NV中心,研究人员将微小钻石晶体中的一个碳原子替换为一个氮原子,并移除相邻的一个原子——创造了一个本质上是一个氮原子旁边有一个洞的系统。NV中心可以用来发射单个光子或探测非常弱的磁场。它们具有光致发光特性,这意味着它们可以将信息转化为光,使它们成为量子计算、声子学和传感方面强大而有前途的系统。

钻石收音机



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This tiny radio has building blocks the size of two atoms. The radio is extremely resilient, thanks to the inherent strength of the diamond. The team successfully played music at 350 degrees Celsius — about 660 Fahrenheit. Credit: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

收音机有五个基本部件:电源、接收器、将空气中的高频电磁信号转换成低频电流的换能器、调谐器和将电流转换成声音的扬声器或耳机。

在哈佛的装置中,钻石NV中心的电子是由激光发出的绿光驱动或泵浦的。这些电子对电磁场很敏感,包括FM无线电中使用的电磁波。当NV中心接收到无线电波时。它将它们转换成红光并发出音频信号。一个普通的光电二极管将光转换成电流,然后通过一个简单的扬声器或耳机将电流转换成声音。

电磁铁在钻石周围产生强大的磁场,可以用来改变无线电台,调整NV中心的接收频率。

邵和Lončar数十亿NV中心来提高信号,但是收音机和一个NV中心,一次发射一个光子,而不是光流。

由于钻石的固有强度,收音机极具弹性。研究小组成功地在350摄氏度(约660华氏度)的温度下播放了音乐。

“钻石有这些独特的性质,”Lončar说。“由于钻石具有生物相容性,这台收音机将能够在太空、恶劣环境甚至人体中工作。”

这项研究由张敏、马修·马卡姆和安德鲁·m·埃德蒙兹共同撰写,并得到了STC集成量子材料中心的部分支持。

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