Две международные исследовательские группы опубликовали в журнале Science новые методы детекции инфракрасного света: для этого обе группы предлагают сначала сместить спектр излучения в видимую область. Это позволит разработать недорогие способы обнаружения загрязнений, отслеживания раковых заболеваний, проверки газовых смесей и дистанционного зондирования внешней Вселенной.
Инфракрасным светом называют электромагнитное излучение с длиной волны большей, чем у красного видимого света (но меньшей, чем у микроволнового радиоизлучения). Излучение этого диапазона несет меньше энергии, чем видимый свет, и его недостаточно для того, чтобы его могли уловить фоторецепторы наших глаз, а также многие другие детекторы. Тем не менее этот диапазон спектра содержит много информации: например, тепловое излучение объектов вокруг нас, которое можно «увидеть» при помощи тепловизора. В научных исследованиях инфракрасную спектроскопию используют для дистанционного и неразрушающего изучения структуры химических и биологических веществ.
Оба подхода, предложенные в новых исследованиях, для смещения инфракрасного излучения в видимую область используют колебания химических связей в молекулах, удерживаемых на подложке. При взаимодействии с молекулами энергия, которую несет инфракрасный свет, преобразуется в колебательную энергию. Параллельно с этим на ту же поверхность направляют луч лазера, который приносит дополнительную энергию и позволяет перевести колебания в видимую область спектра.
Ключевая разница подходов состоит в конструкции наноантенн, которые концентрируют инфракрасный свет и луч лазера на молекулах. Ученые из Швейцарии, Китая, Испании, Германии и Нидерландов перемежали молекулы слоями металлических наноструктур. А исследователи из Великобритании, Бельгии и Испании «зажали» молекулы в нанобороздки, окруженные крошечными кусочками золота.
В обоих случаях процесс преобразования был когерентным, так что вся информация, изначально содержавшаяся в инфракрасном излучении, переносилась в видимый свет. Это упростит детекцию инфракрасного излучения, поскольку после преобразования в видимый диапазон его сможет «поймать» даже камера мобильного телефона. Размеры предложенных систем не превышают нескольких микрометров, так что его можно включать в большие массивы пикселей. Кроме того, заменяя тип молекул в резонаторе, можно будет настраивать приборы на разные диапазоны частот.
Пока эффективность преобразования не очень высокая, однако обе исследовательские группы работают над дальнейшей оптимизацией этих недорогих молекулярных детекторов инфракрасного света.
Подробнее обе методики описаны в двух статьях, опубликованных в журнале Science.