Het basisconcept voor antennes is sinds er radiozenders en -ontvangers zijn nauwelijks veranderd: radiosignalen botsen tegen de atomen in een set metaalstaven met een lengte die de helft is van de golflengte die ze moeten ontvangen. Daardoor ontstaat een hele lage elektrische spanning die kan worden versterkt. Onderzoekers van Rydberg Technologies in de staat Michigan stellen nu een radicaal nieuw concept voor, meldt MIT Technology Review. Hierbij detecteren ze radiogolven met behulp van een gaswolk met atomen in de zogenaamde Rydberg-toestand.
De onderzoekers gebruiken cesium atomen waarvan de buitenste elektronen zich in een dermate aangeslagen toestand bevinden, dat ze de kern op grote afstand omcirkelen. Op deze afstanden zitten de potentiële energieniveaus van de elektronen extreem dicht op elkaar, waardoor ze speciale eigenschappen verkrijgen. Een willekeurig klein elektrisch veld is al genoeg voor ze om van het ene niveau naar het andere te gaan. Radiogolven bestaan op hun beurt uit elektrische wisselvelden, die met elk Rydberg-atoom interageren dat ze tegenkomen.
Een ontvanger zou dit fenomeen kunnen gebruiken in combinatie met een andere eigenschap van het gas uit Rydberg-atomen: een laser die op een specifieke frequentie werkt, kan het gas onzichtbaar maken. De frequentie van de laser, waarbij dit optreedt, is echter afhankelijk van de eigenschappen van de Rydberg-atomen in het gas. Als de atomen met radiogolven interageren, verandert de kritieke frequentie. Het signaal van een eenvoudige lichtgevoelige fotodiode zou dan al genoeg zijn om aan te geven wat de frequentie- of amplitudemodulatie van de radiosignalen is. Dat is eigenlijk alles: een antenne die uit een wolk aangeslagen cesium atomen bestaat en waar een laserstraal op schijnt, die flikkert als er radiogolven in de omgeving langskomen. De wetenschappers spreken over ‘atoom radio’.
Een van de voordelen ten opzichte van conventionele antennes, is de enorm bandbreedte: meer dan vier octaven van de c-band tot en met de q-band, oftewel golflengtes van 2,5 tot 15 centimeter.
Het meest revolutionaire is misschien nog wel dat er geen conventionele radio omschakelingen meer nodig zijn. “De atomaire radio-ontvanger is gebaseerd op een directe optische realtimedetectie van de reactie van de atomen op signalen in de AM- en FM-basisfrequentie, wat de traditionele elektronica voor demodulatie en signaalconditionering overbodig maakt”, aldus de wetenschappers in hun publicatie. De installatie zou bovendien min of meer ongevoelig zijn voor elektromagnetische interferentie, die conventionele antennes onbruikbaar kan maken.
