Οι φυσικοί προτείνουν έναν νέο τρόπο ανίχνευσης της υπέρυθρης ακτινοβολίας
Πρόσφατα, φυσικοί του Ομοσπονδιακού Ινστιτούτου Τεχνολογίας στη Λωζάνη (EPFL) πρότειναν μια νέα μέθοδο ανίχνευσης υπέρυθρης ακτινοβολίας, η οποία είναι εξαιρετικά ευαίσθητη και μπορεί να ανιχνεύσει ακόμη και σήματα μεμονωμένων φωτονίων. Μια λύση νανοκλίμακας που βασίζεται σε μια πλατφόρμα μοριακής οπτομηχανικής για τη μετατροπή των φωτονίων terahertz και mid-infrared (MIR) στη ζώνη ορατού-εγγύς υπέρυθρου (VIS-NIR) και την προσθήκη θορύβου σε αυτά χρησιμοποιώντας ένα πλήρες κβαντικό μοντέλο και η απόδοση μετατροπής αναλύθηκε λεπτομερώς . Η έρευνα με τίτλο «Molecular platform for frequency upconversion at the single-photon level» δημοσιεύτηκε στο physics.optics και η διεύθυνση της εργασίας είναι: https://arxiv.org/abs/1910.11395v1.
Όταν χρησιμοποιούμε κάμερες web ή κάμερες κινητών τηλεφώνων, βιώνουμε τη δύναμη των φθηνών, συμπαγών αισθητήρων που αναπτύχθηκαν τις τελευταίες δεκαετίες για την ορατή περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Αντίθετα, η ανίχνευση ακτινοβολίας χαμηλής συχνότητας που είναι αόρατη με γυμνό μάτι, όπως η μεσαία και η μακρινή υπέρυθρη ακτινοβολία, απαιτεί περίπλοκο και ακριβό εξοπλισμό. Οι αισθητήρες για τη μοριακή αναγνώριση και απεικόνιση της θερμικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται φυσικά από το ανθρώπινο σώμα δεν είναι ακόμη ευρέως διαθέσιμοι λόγω έλλειψης συμπαγούς τεχνολογίας. Επομένως, νέες εννοιολογικές ανακαλύψεις σε αυτόν τον τομέα θα μπορούσαν να έχουν τεράστιο αντίκτυπο στην καθημερινή μας ζωή. Η άμεση ανίχνευση μεμονωμένων φωτονίων με μήκη κύματος μεγαλύτερα από 2 μικρόμετρα υπό συνθήκες περιβάλλοντος εξακολουθεί να είναι μια σοβαρή τεχνική πρόκληση.
Επί του παρόντος, η πιο δημοφιλής τεχνική για την ανίχνευση της υπέρυθρης ακτινοβολίας μεσαίας προς μακριά είναι το μικροβολόμετρο, το οποίο αποτελείται από μια σειρά μικρών θερμομέτρων που μετρούν τη θερμότητα που παράγεται από την απορροφούμενη ακτινοβολία. Τέτοιοι ανιχνευτές έχουν ορισμένους περιορισμούς, κυρίως αργούς χρόνους απόκρισης και αδυναμία ανίχνευσης αχνών σημάτων ακτινοβολίας.
Η ομάδα EPFL με επικεφαλής τους Christophe Galland και Tobias Kippenberg πρότεινε μια νέα μέθοδο ανίχνευσης που ακολουθεί μια εντελώς διαφορετική διαδρομή: πρώτα μετατρέποντας την αόρατη ακτινοβολία σε ορατό φως και στη συνέχεια ανιχνεύοντάς την με τις υπάρχουσες τεχνολογίες. Στην καρδιά αυτής της νέας ιδέας βρίσκονται οι υβριδικές μεταλλο-μοριακές νανοδομές. Το μέταλλο τροποποιείται για να εστιάσει την υπέρυθρη ακτινοβολία στα μόρια, προκαλώντας τα να δονούνται. Η ενέργεια των δονούμενων μορίων στη συνέχεια μετατρέπεται ξανά σε ακτινοβολία, αλλά αυτή τη φορά ως ορατό φως. Αυτή η υβριδική νανοδομή, που σχεδιάστηκε σε συνεργασία με τον Diego Martin-Cano (Max Planck Institute for Light, Erlangen, Γερμανία), επιτυγχάνει υψηλές αποδόσεις μετατροπής ενώ συρρικνώνει τις συσκευές σε μεγέθη πολύ μικρότερα από το μήκος κύματος του υπέρυθρου φωτός.
