Onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences hebben 's werelds kleinste radio-ontvanger gemaakt - opgebouwd uit een verzameling atomaire defecten in roze diamanten.

Deze kleine radio - waarvan de bouwstenen zo groot zijn als twee atomen - is bestand tegen extreem ruwe omgevingen en is biocompatibel, wat betekent dat het overal kan werken, van een sonde op Venus tot een pacemaker in een menselijk hart.

Het onderzoek werd geleid door Marko Loncar, de Tiantsai Lin hoogleraar elektrotechniek aan SEAS, en zijn afgestudeerde student Linbo Shao en gepubliceerd in Fysieke beoordeling toegepast .

De radio maakt gebruik van kleine imperfecties in diamanten, stikstof-vacaturecentra (NV) genoemd. Om NV-centra te maken, onderzoekers vervangen een koolstofatoom in een diamantkristal door een stikstofatoom en verwijderen een naburig atoom - waardoor een systeem ontstaat dat in wezen een stikstofatoom is met een gat ernaast. NV-centra kunnen worden gebruikt om enkele fotonen uit te zenden of om zeer zwakke magnetische velden te detecteren. Ze hebben fotoluminescente eigenschappen, wat betekent dat ze informatie kunnen omzetten in licht, waardoor ze krachtige en veelbelovende systemen voor kwantumcomputers worden, fontoniek en sensing.

Radio's hebben vijf basiscomponenten:een stroombron, een ontvanger, een transducer om het hoogfrequente elektromagnetische signaal in de lucht om te zetten in een laagfrequente stroom, luidspreker of koptelefoon om de stroom om te zetten in geluid en een tuner.

In het Harvard-apparaat, elektronen in diamant NV-centra worden aangedreven, of gepompt, door groen licht uitgezonden door een laser. Deze elektronen zijn gevoelig voor elektromagnetische velden, inclusief de golven die worden gebruikt in FM-radio, bijvoorbeeld. Wanneer NV-centrum radiogolven ontvangt, converteert het deze en zendt het audiosignaal uit als rood licht. Een gewone fotodiode zet dat licht om in stroom, die vervolgens wordt omgezet in geluid via een eenvoudige luidspreker of hoofdtelefoon.

Een elektromagneet creëert een sterk magnetisch veld rond de diamant, die kan worden gebruikt om de radiozender te wijzigen, afstemmen van de ontvangstfrequentie van de NV-centra.

Shao en Loncar gebruikten miljarden NV-centra om het signaal te versterken, maar de radio werkt met één NV-centrum, één foton tegelijk uitzenden, in plaats van een stroom van licht.

De radio is extreem veerkrachtig, dankzij de inherente sterkte van diamant. Het team speelde met succes muziek bij 350 graden Celsius - ongeveer 660 Fahrenheit.

"Diamanten hebben deze unieke eigenschappen, "zei Loncar. "Deze radio zou in de ruimte kunnen werken, in ruwe omgevingen en zelfs het menselijk lichaam, omdat diamanten biocompatibel zijn."