Lo scambio di laser assetati di energia con la luce solare è un primo passo verso una tecnologia quantistica sostenibile
La luce risplende attraverso un sensore diamantato che è il cuore di un dispositivo quantistico alimentato dalla luce solare che misura i campi magnetici.
La tecnologia quantistica sta diventando verde.
Una nuova interpretazione dei sensori di campo magnetico altamente sensibili elimina i laser assetati di energia su cui i dispositivi precedenti facevano affidamento per effettuare le misurazioni e li sostituisce con la luce solare. I laser possono assorbire circa 100 watt di potenza, come mantenere accesa una lampadina brillante. L’innovazione potenzialmente svincola i sensori quantistici da quel fabbisogno energetico. Il risultato è un prototipo ecologico all’avanguardia della tecnologia, i ricercatori riferiscono in un prossimo numero di Revisione fisica X Energia.
La grande svolta è arrivata come il dispositivo utilizza la luce solare. Non utilizza le celle solari per convertire la luce in elettricità. Invece, la luce solare fa il lavoro della luce del laser, afferma Jiangfeng Du, fisico presso l’Università di Scienza e Tecnologia della Cina a Hefei.
I magnetometri quantistici spesso includono un potente laser verde per misurare i campi magnetici. Il laser brilla su un diamante che contiene difetti atomici (SN: 26/02/08). I difetti si verificano quando gli atomi di azoto sostituiscono alcuni degli atomi di carbonio di cui sono fatti i diamanti puri. Il laser verde provoca la fluorescenza dei difetti dell’azoto, emettendo luce rossa con un’intensità che dipende dall’intensità dei campi magnetici circostanti.
Anche il nuovo sensore quantistico ha bisogno del via libera. Ce n’è in abbondanza alla luce del sole, come si vede nelle lunghezze d’onda verdi riflesse dalle foglie degli alberi e dall’erba. Per raccoglierne abbastanza per far funzionare il loro magnetometro, Du e colleghi hanno sostituito il laser con una lente di 15 centimetri di diametro per raccogliere la luce solare. Hanno quindi filtrato la luce per rimuovere tutti i colori tranne il verde e l’hanno concentrata su un diamante con difetti dell’atomo di azoto. Il risultato è una fluorescenza rossa che rivela l’intensità del campo magnetico proprio come fanno i magnetometri dotati di laser.
Cambiare energia da un tipo all’altro, come accade quando le celle solari raccolgono luce e producono elettricità, è un processo intrinsecamente inefficiente (SN: 26/07/17). I ricercatori affermano che evitare la conversione della luce solare in elettricità per far funzionare i laser rende il loro approccio tre volte più efficiente di quanto sarebbe possibile con le celle solari che alimentano i laser.
“Non ho mai visto nessun altro rapporto che colleghi la ricerca solare alle tecnologie quantistiche”, afferma Yen-Hung Lin, un fisico dell’Università di Oxford che non è stato coinvolto nello studio. “Potrebbe benissimo accendere una scintilla di interesse in questa direzione inesplorata e potremmo vedere più ricerca interdisciplinare nel campo dell’energia”.
Anche i dispositivi quantistici sensibili ad altre cose, come i campi elettrici o la pressione, potrebbero trarre vantaggio dall’approccio guidato dalla luce solare, affermano i ricercatori. In particolare, la tecnologia quantistica spaziale potrebbe utilizzare l’intensa luce solare disponibile al di fuori dell’atmosfera terrestre per fornire luce su misura per i sensori quantistici. La luce rimanente, in lunghezze d’onda che i sensori quantistici non utilizzano, potrebbe essere relegata a celle solari che alimentano l’elettronica per elaborare i segnali quantistici.
Il magnetometro guidato dalla luce solare è solo un primo passo nella fusione della tecnologia quantistica e sostenibile dal punto di vista ambientale. “Allo stato attuale, questo dispositivo è principalmente per scopi di sviluppo”, afferma Du. “Ci aspettiamo che i dispositivi vengano utilizzati per scopi pratici. Ma lì [is] tanto lavoro da fare”.
