В журнале Science две международные исследовательские группы представили новые методы детекции инфракрасного света. Обе группы предлагают сначала переместить спектр излучения в видимую область. Это позволит создавать недорогие способы выявления загрязнений, отслеживания раковых заболеваний, проверки газовых смесей и дистанционного зондирования внешней Вселенной.
Инфракрасный свет — это электромагнитное излучение с длиной волны, превосходящей красный видимый свет, но меньшей, чем у микроволнового радиоизлучения. Излучение этого диапазона несет меньше энергии, чем видимый свет, и недостаточно для регистрации фоторецепторами наших глаз и многими другими детекторами. Несмотря на это, этот участок спектра содержит много информации, например тепловое излучение объектов вокруг нас, которое можно «увидеть» с помощью тепловизора. В научных исследованиях инфракрасную спектроскопию используют для дистанционного и неразрушающего изучения структуры химических и биологических веществ.
Два новых исследования предлагают подходы смещения инфракрасного излучения в видимый диапазон. В обоих случаях используется колебание химических связей молекул, закреплённых на подложке. Взаимодействуя с молекулами, энергия инфракрасного света превращается в колебательную энергию. Одновременно на ту же поверхность направляется лазерный луч, который доставляет дополнительную энергию и позволяет перейти от колебаний к видимой области спектра.
Различия подходов заключаются в конструкции наноантенн: швейцарские, китайские, испанские, немецкие и голландские ученые концентрировали инфракрасный свет и луч лазера на молекулах с помощью слоев металлических наноструктур. Британские, бельгийские и испанские исследователи же поместили молекулы в нанобороздки, окруженные золотыми частичками.
Преобразование всегда было согласованным, передавая всю информацию из инфракрасного излучения в видимый свет. Это упростит обнаружение инфракрасного излучения, так как его сможет регистрировать даже камера обычного телефона после преобразования в видимый диапазон. Предложенные системы занимают несколько микрометров, позволяя их интеграцию в крупные массивы пикселей. Меняя тип молекул в резонаторе, можно настроить приборы на разные частоты.
Эффективность преобразования пока невысока, но две исследовательские группы продолжают работу по оптимизации этих доступных молекулярных детекторов инфракрасного света.
Подробнее обе методики описаны в двухстатьях, опубликованных в журнале Science.