Щоб зафіксувати інфрачервоне випромінювання середнього і дальнього діапазону, фізики перетворили його на видиме світло. Нанорозмірна молекулярна платформа переводить фотонні сигнали на більших за 2 мікрометри довжинах хвиль у видимий діапазон, де їх зможуть зафіксувати однофотонні детектори. Таким чином можна буде зафіксувати інфрачервоне випромінювання навіть через один фотон, стверджують вчені в статті, опублікованій у журналі Physical Review.
Навіщо фіксувати таке випромінювання?
Ми вже давно навчилися фіксувати невидиме для людського ока ближнє інфрачервоне випромінювання. Воно стає в пригоді, коли треба перевірити справжність грошей або знайти давню картину під шаром фарби, а рятівники використовують камери ближнього інфрачервоного спектра для пошуку людей. Проте дальній інфрачервоний діапазон лишається одним з найбільш складних, як для генерації, так і для реєстрації випромінювання.
Детектори дальнього інфрачервоного випромінювання можна буде використовувати для безконтактного визначення хімічного складу. Наприклад, шукати вибухівку в аеропортах або наркотики. Розробка фізиків у майбутньому може бути використана при розробці легких і компактних окулярів нічного бачення.
Що розробили вчені?
Фізики спроєктували нанорозмірну оптомеханічну платформу на основі гібридних метал-молекулярних наноструктур. Платформа складається з двох дворезонансних наноантен, які фокусують як довгохвильове випромінювання, яке потрібно зафіксувати, так і допоміжне короткохвильове випромінювання від лазера нагнітання в одній і ті ж активній області. Така гібридна наноструктура, зазначають вчені, може використовуватись навіть при зменшенні розміру пристрою до розмірів менших, ніж довжина хвилі інфрачервоного світла.
Як вона працює?
Метал у платформі призначений для фокусування інфрачервоного випромінювання на молекулах, які таким чином починають коливатися. Цю енергію від коливання молекул знову перетворюють у випромінювання, але на цей раз з набагато вищою частотою, тобто у видимій області спектра. Потім цей оптичний сигнал можна спектрально відділити від лазера нагнітання і виявити.
Така молекулярна вібрація створює низький рівень шуму, а тому дозволяє виявляти надзвичайно слабкі сигнали навіть при кімнатній температурі. Розробники очікують, що надалі зможуть зафіксувати сигнал одиничних квантів інфрачервоного світла