Видимое инфракрасное излучение при комнатной температуре достигнуто впервые

Рохит Чиккарадди/ Университет Бирмингема

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Совместные усилия исследователей из Бирмингемского университета и Кембриджского университета в Великобритании привели к разработке нового метода, который использует квантовые системы для обнаружения света среднего инфракрасного диапазона (MIR) при комнатной температуре, говорится в пресс-релизе.

Средний инфракрасный диапазон, как следует из названия, находится между ближними и дальними длинами волн инфракрасного спектра, сразу за пределами видимого света. Средний инфракрасный спектр приобрел особое значение, поскольку он полезен для множества применений, от военных до экологических и медицинских процедур, а также изучения небесных объектов.

Детекторы, используемые в этих устройствах, основаны на охлаждаемых полупроводниках, которые не только громоздки, но и энергоемки. Сделав возможным обнаружение в среднем инфракрасном диапазоне при комнатной температуре, исследователи открыли новые возможности для исследований и практических устройств в различных областях.

Когда ученые хотят изучить структуру химических и биологических молекул, они используют средний инфракрасный свет для возбуждения связей между составляющими их атомами. Это заставляет связи вибрировать на высоких частотах.

В прошлом ученые делали это при низких температурах, но делать это при комнатной температуре означает, что им также необходимо учитывать случайное движение, наблюдаемое в связях, приводящее к дополнительному тепловому шуму.

Чтобы избежать теплового шума, исследовательская группа под руководством Рохита Чиккарадди, доцента кафедры физики Бирмингемского университета, собрала молекулярные эмиттеры в небольшие плазмонные полости, резонансные в ИК- и видимом диапазонах.

Этот подход, получивший название MIR Vibrational-Assisted Luminescent или MIRVAL, также включает в себя разработку излучателей таким образом, чтобы их молекулярные колебательные состояния и электронные состояния могли взаимодействовать и приводить к эффективному преобразованию MIR-света в усиленную видимую люминесценцию.

Создание пикоказонов позволяет улавливать свет от самых маленьких источников, таких как одноатомные дефекты в металлах. Исследователи также смогли ограничить свет в чрезвычайно малых объемах, даже менее одного кубического нанометра, тем самым увеличив разрешение получаемых данных.

«Самым сложным аспектом было объединить три совершенно разных масштаба длины — видимую длину волны, которая составляет сотни нанометров, молекулярные вибрации, которые составляют менее нанометра, и средние инфракрасные длины волн, которые составляют десять тысяч нанометров, — в единую единую систему. единую платформу и эффективно их объединять», — сказал Чиккарадди в пресс-релизе.

Тори Арт/iStock

Прорыв команды может помочь нам углубить наше понимание очень сложных систем и инфракрасных активных молекулярных вибраций до уровня одиночных молекул, чего никогда раньше не достигали. Хотя это поможет исследователям лучше изучать молекулы, это также открывает двери для множества приложений.

«MIRVAL может иметь ряд применений, таких как измерение газа в реальном времени, медицинская диагностика, астрономические исследования и квантовая связь, поскольку теперь мы можем видеть вибрационные отпечатки отдельных молекул на частотах MIR», — добавил Чикарадди.

Возможность определения комнатной температуры также облегчит как применение, так и дальнейшие исследования в этой области. Будущие достижения найдут свое применение в устройствах, которые затем смогут помочь нам манипулировать атомами на квантовом уровне, говорится в пресс-релизе.

Результаты исследования были опубликованы сегодня в журнале Nature Photonics.