Kristall für Maser

Mikrowellenlaser funktioniert erstmals bei Raumtemperatur

London (Großbritannien) – Smartphones, Radar und Radioteleskope nutzen heute Wellen mit Gigahertzfrequenzen. Für die Verbesserung dieser Funkkanäle entwickelten Physiker nun eine einzigartige Strahlungsquelle: einen Maser, der erstmals auch bei Raumtemperatur funktioniert. Analog zum bekannten Laser, der eng fokussierte und korrelierte Lichtstrahlen aussendet, emittiert ein Maser Mikrowellen mit ähnlichen Eigenschaften. Wie die Forscher in der Zeitschrift „Nature“ berichten, könnten ihre Maser auch zu präziseren Messungen bei der Untersuchung des Weltraums oder in der Molekularbiologie führen.

Gelb leuchtender Kristall in einem runden, durchsichtigen Gehäuse.
Maserkristall

„Der Maser funktioniert an der Luft bei Raumtemperatur und verstärkt Mikrowellen bei etwa 1,45 Gigahertz“, schreiben Mark Oxborrow vom britischen National Physical Laboratory in Teddington und seine Kollegen am Imperial College London. Möglich wurde dieser Erfolg mit einem Kristall aus der organischen Substanz p-Terphenyl, den die Wissenschaftler zusätzlich mit Pentazenmolekülen dotierten. Angeregt mit gelbem Laserlicht konnten Elektronen in dem Kristall auf höhere Niveaus gehoben werden. Beim Zurückfallen sendeten sie die gewünschten gebündelten Mikrowellen aus. Bisherige Modelle mussten noch aufwendig auf minus 269 Grad Celsius abgekühlt werden, wodurch ihre Einsatzmöglichkeiten stark eingeschränkt waren.

„Der Stand der Maser-Entwicklung ist vergleichbar mit dem des Laser vor 50 Jahren“, sagt Oxborrow. So ist die Intensität der Mikrowellen nicht sehr hoch und auch das Frequenzspektrum noch relativ schmal. Dennoch dürften von solchen Masern, die an der Luft und bei Raumtemperatur unkompliziert einsetzbar sind, viele Anwendungen profitieren. Astronomen könnten ohne aufwendige Kühlung Detektoren bauen, deren Signale weniger von einem Störrauschen beeinträchtigt werden. Diese Vorteile ließen sich auch bei der Analyse von Quantencomputern oder molekularbiologischen Proben nutzen. Zudem lässt sich nicht ausschließen, dass Maser die Grundlage für eine weitere Optimierung des digitalen Funkverkehrs im Gigahertzbereich liefern. „Aber die exakten Anwendungen sind aus heutiger Sicht noch weitgehend unbekannt“, sagt Neil Alford vom Imperial College London, der an der Maserentwicklung beteiligt ist.