Füüsikud pakuvad välja uue viisi infrapunakiirguse tuvastamiseks
Hiljuti pakkusid Lausanne'i föderaalse tehnoloogiainstituudi (EPFL) füüsikud välja uue meetodi infrapunakiirguse tuvastamiseks, mis on väga tundlik ja suudab tuvastada isegi üksikuid footoni signaale. Üksikasjalikult analüüsiti molekulaaroptomehaanika platvormil põhinevat nanomõõtmelist lahendust terahertsi ja keskmise infrapuna (MIR) footonite ülesmuundamiseks nähtava lähiinfrapuna (VIS-NIR) sagedusalasse ja neile müra lisamiseks täiskvantmudeli abil ja muundamise efektiivsust. . Uuring pealkirjaga "Molecular platform for Frequency upconversion at the single-photon level" avaldati saidil physics.optics ja töö aadress on: https://arxiv.org/abs/1910.11395v1.
Veebikaamerate või mobiiltelefonide kaamerate kasutamisel kogeme viimastel aastakümnetel elektromagnetilise spektri nähtava piirkonna jaoks välja töötatud odavate kompaktsete andurite võimsust. Seevastu palja silmaga nähtamatu madalsagedusliku kiirguse, näiteks keskmise ja kaug-infrapunakiirguse tuvastamiseks on vaja keerulisi ja kalleid seadmeid. Inimkehast looduslikult eralduva soojuskiirguse molekulaarse tuvastamise ja pildistamise andurid pole kompaktse tehnoloogia puudumise tõttu veel laialdaselt kättesaadavad. Seetõttu võivad uued kontseptuaalsed läbimurded selles valdkonnas avaldada meie igapäevaelule tohutut mõju. Üle 2 mikromeetrise lainepikkusega üksikute footonite otsene tuvastamine ümbritseva keskkonna tingimustes on praegu endiselt tõsine tehniline väljakutse.
Praegu on kõige populaarsem keskmise ja kauge infrapunakiirguse tuvastamise meetod mikrobolomeeter, mis koosneb väikestest termomeetritest, mis mõõdavad neeldunud kiirguse tekitatud soojust. Sellistel detektoritel on mitmeid piiranguid, eriti aeglane reageerimisaeg ja võimetus tuvastada nõrku kiirgussignaale.
Christophe Gallandi ja Tobias Kippenbergi juhitud EPFL-i meeskond on välja pakkunud uue tuvastamismeetodi, mis järgib täiesti teist teed: esmalt muundatakse nähtamatu kiirgus nähtavaks valguseks ja seejärel tuvastatakse see olemasolevate tehnoloogiatega. Selle uue kontseptsiooni keskmes on hübriidsed metall-molekulaarsed nanostruktuurid. Metalli muudetakse, et fokusseerida infrapunakiirgust molekulidele, põhjustades nende vibratsiooni. Seejärel muudetakse vibreerivate molekulide energia uuesti kiirguseks, kuid seekord nähtavaks valguseks. See hübriidne nanostruktuur, mis on välja töötatud koostöös Diego Martin-Canoga (Max Plancki valgusinstituut, Erlangen, Saksamaa), saavutab kõrge muundamise efektiivsuse, vähendades samal ajal seadmeid infrapunavalguse lainepikkusest palju väiksemateks suurusteks.
