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Masern bei Raumtemperatur

Weltweit erster Halbleiter-Maser kommt aus Würzburg

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Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Raumtemperatur-Maser für Kommunikation und Sensorik

In ersten Versuchen und Simulationen deckte das Team aus der unterfränkischen Metropole außerdem das Potenzial als rauscharmer Verstärker auf. „Für schwache Signale in der Kommunikations- und Messtechnik sind solche Verstärker essentiell“, merkt Privatdozent Dr. Andreas Sperlich, leitender Autor der Studie, dazu an. Im Rahmen von Smartphones, Mobilfunk-Basisstationen, Computern oder auch Satelliten kommen dabei jeweils gleich mehrere Mikrowellen-Signalverstärker zum Einsatz, die bisher ohne Maser-Technologie auskommen müssen, heißt es auch dazu. Für die hochpräzise Magnetfeldmessungen eröffne der Maser dann auch neue Möglichkeiten. Denn seine extrem hohe Frequenzstabilität erlaubt es, auch kleinste Änderungen eines Magnetfelds besonders empfindlich nachzuweisen. Dabei funktioniert der Maser wie eine tickende Uhr, also wie ein Oszillator, dessen Frequenz stark vom Umgebungsmagnetfeld abhängt. Je stärker nun das Magnetfeld wird, desto schneller tickt die „Uhr“.

Maser könnten ohne GPS als Navigationssysteme dienen

Die Forscher aus Würzburg schätzen für ihr System bei Raumtemperatur eine Magnetfeldempfindlichkeit von etwa 20 Pikotesla – das ist etwa eine Million Mal schwächer als das Erdmagnetfeld. Damit sei eine Präzision erreicht, die für künftige Anwendungen in der Messtechnik und sogar für GPS-unabhängige Navigation interessant ist. Langfristig sehen die Forscher deshalb einen Weg zu elektrisch betriebenen Maser-Dioden auf einem Chip. Dafür spricht beispielsweise, dass sich die verwendeten Spin-Zustände in Siliziumkarbid nicht nur optisch, sondern prinzipiell auch elektrisch anregen lassen können. Die Arbeiten liefen dabei auch im Würzburg-Dresdener Exzellenzcluster „ctd.qmat“. Gefördert wurde das Projekt unter anderem durch den Europäischen Forschungsrat (ERC) und die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).

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