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.

источник