Fizičari predlažu novi način otkrivanja infracrvenog zračenja
Nedavno su fizičari sa Saveznog instituta za tehnologiju u Lausanni (EPFL) predložili novu metodu detekcije infracrvenog zračenja, koja je vrlo osjetljiva i može detektirati čak i signale jednog fotona. Rješenje na nanomjernoj razini temeljeno na platformi molekularne optomehanike za pretvaranje fotona teraherca i srednjeg infracrvenog (MIR) u vidljivi bliski infracrveni (VIS-NIR) pojas i dodavanje šuma u njih koristeći puni kvantni model i učinkovitost pretvorbe detaljno su analizirani . Istraživanje pod nazivom "Molecular platform for frequency upconversion at the single-photon level" objavljeno je u physics.optics, a adresa rada je: https://arxiv.org/abs/1910.11395v1.
Kada koristimo web kamere ili kamere mobitela, iskusimo snagu jeftinih, kompaktnih senzora razvijenih u posljednjih nekoliko desetljeća za vidljivo područje elektromagnetskog spektra. Nasuprot tome, otkrivanje niskofrekventnog zračenja koje je nevidljivo golim okom, poput srednjeg i dalekog infracrvenog zračenja, zahtijeva složenu i skupu opremu. Senzori za molekularno prepoznavanje i oslikavanje toplinskog zračenja koje prirodno emitira ljudsko tijelo još uvijek nisu široko dostupni zbog nedostatka kompaktne tehnologije. Stoga bi novi konceptualni iskoraci u ovom području mogli imati veliki utjecaj na naš svakodnevni život. Izravna detekcija pojedinačnih fotona s valnim duljinama većim od 2 mikrometra u uvjetima okoline trenutno je još uvijek ozbiljan tehnički izazov.
Trenutačno najpopularnija tehnika za otkrivanje srednjeg do dalekog infracrvenog zračenja je mikrobolometar, koji se sastoji od niza malih termometara koji mjere toplinu koju stvara apsorbirano zračenje. Takvi detektori imaju brojna ograničenja, posebno sporo vrijeme odziva i nemogućnost otkrivanja slabih signala zračenja.
Tim EPFL-a predvođen Christopheom Gallandom i Tobiasom Kippenbergom predložio je novu metodu detekcije koja slijedi potpuno drugačiji put: prvo pretvara nevidljivo zračenje u vidljivo svjetlo, a zatim ga detektira postojećim tehnologijama. U srcu ovog novog koncepta su hibridne metalno-molekularne nanostrukture. Metal je modificiran tako da fokusira infracrveno zračenje na molekule, uzrokujući njihovo vibriranje. Energija vibrirajućih molekula zatim se ponovno pretvara u zračenje, ali ovaj put kao vidljivu svjetlost. Ova hibridna nanostruktura, dizajnirana u suradnji s Diegom Martin-Canom (Max Planck Institute for Light, Erlangen, Njemačka), postiže visoku učinkovitost pretvorbe dok smanjuje uređaje na veličine puno manje od valne duljine infracrvenog svjetla.
