Две международные исследовательские группы представили в журнале Science новые способы обнаружения инфракрасного излучения. Для этого обе группы предлагают изначально сдвигать спектр излучения в видимую область. Это позволит создать более доступные методы для выявления загрязнений, мониторинга раковых заболеваний, анализа газовых смесей и проведения дистанционных исследований космоса.
Инфракрасное излучение – это электромагнитные волны, длина которых превышает длину красного света, но меньше длины микроволнового радиоизлучения. Поскольку оно обладает меньшей энергией, чем видимый свет, его невозможно обнаружить фоторецепторами глаз и многими другими детекторами. Однако, в этом диапазоне спектра содержится ценная информация, такая как тепловое излучение окружающих объектов, которое позволяет «видеть» тепловизорами. В научных исследованиях инфракрасная спектроскопия применяется для дистанционного и неразрушающего анализа структуры химических и биологических соединений.
В новых исследованиях предложено два подхода к переносу инфракрасного излучения в видимую область спектра, основанные на использовании колебаний химических связей в молекулах, закрепленных на подложке. Инфракрасное излучение передает энергию молекулам, которая преобразуется в колебательную. Одновременно на поверхность воздействует лазерный луч, обеспечивающий дополнительную энергию для переноса колебаний в видимую область спектра.
Основное отличие в подходах заключается в способе создания наноантенн, которые фокусируют инфракрасный свет и лазерный луч на молекулах. Международная группа ученых из Швейцарии, Китая, Испании, Германии и Нидерландов формировала молекулярные слои с использованием металлических наноструктур. В свою очередь, исследователи из Великобритании, Бельгии и Испании фиксировали молекулы в нанобороздках, окруженных микроскопическими частицами золота.
В обоих случаях процесс преобразования проходил последовательно, благодаря чему вся информация, изначально закодированная в инфракрасном излучении, передавалась в видимый свет. Это облегчит обнаружение инфракрасного излучения, поскольку после преобразования в видимый диапазон его сможет зафиксировать даже камера мобильного телефона. Размеры предлагаемых систем не превышают нескольких микрометров, что позволяет интегрировать их в большие массивы пикселей. Также, изменяя состав молекул в резонаторе, можно будет адаптировать приборы к различным диапазонам частот.
Хотя текущая эффективность преобразования остается невысокой, обе исследовательские группы продолжают работу над улучшением этих доступных молекулярных датчиков инфракрасного излучения.
Подробнее обе методики описаны в двух статьях, опубликованных в журнале Science.