Квадратная верхняя петля "наушников", соединяющая две прямоугольные платины, работает как усилитель радиосигнала, направляя электрическое поле непосредственно к атомам цезия, находящимся в газообразном состоянии внутри специальной капсулы. Такая доработка позволяет атомарному приемнику улавливать гораздо более слабые сигналы, чем это было возможно ранее. А с технической точки зрения конструкция "наушников" представляет собой разомкнутый кольцевой резонатор, который работает подобно метаматериалу, используемому для подобных вещей в оптике.

Как мы рассказывали ранее, атомарный радиоприемник работает и демонстрирует свои потрясающие характеристики за счет специального возбужденного состояния атомов цезия. Исследователи при помощи света двух лазеров разного цвета добиваются возбуждения атомов и их перехода в высокоэнергетическое состояние, называемое состоянием Ридберга (Rydberg atom). У атомов в таком состоянии имеется ряд необычных свойств, в том числе и высокая чувствительность к электромагнитным полям. Частота и напряженность прикладываемого к атомам электромагнитного поля влияют на параметры поглощения атомами фотонов света, это легко детектируется и превращается в полезный сигнал.

Радиосигнал, улавливаемый петлей медного резонатора, создает электрический ток в этой петле, который, в свою очередь, создает соответствующий электрический потенциал на перпендикулярных пластинах, выступающих в роли обкладок электрического конденсатора. За счет того, что емкость этого конденсатора достаточно мала, наводимый электрический потенциал может достигать такого высокого значения, что он оказывает существенное влияние на атомы Ридберга, заключенные внутри капсулы.

Конечно, физические размеры петли и пластин определяют резонансную частоту резонатора. Используя компьютерное моделирование, исследователи рассчитали параметры резонатора для частоты 1.312 гигагерц, частоты, на которой атомы Ридберга переключаются из одного энергетического состояния в другое. Согласно результатам моделирования, такой резонатор должен обеспечить 130-кратное усиление сигнала на резонансной частоте, однако на практике усиление составило всего 100 крат, что можно списать на неточности при изготовлении конструкции резонатора.

В своих дальнейших исследованиях ученые планируют изготовление резонаторов различных конструкций, типов и размеров, настроенные на другие частоты. Помимо этого также будут изготовлены капсулы для атомов меньших размеров, что позволит сократить расстояние между пластинами, увеличить наводимый электрический потенциал и получить еще большее усиление сигнала.

А дальнейшая разработка подобных атомарных радиоприемников и радиопередатчиков позволит совершить множество прорывов в радио-технологиях. Используя атомы в качестве антенны, к примеру, нет нужды в дополнительной электронике, которая выполняет преобразование и усиление сигнала промежуточной частоты. За счет этого электронные устройства могут стать меньше физически, а приемники на основе атомов обещают быть менее восприимчивыми к некоторым типам помех и шумов.