Infrarrojo visible a temperatura ambiente logrado en una primera

Rohit Chikkaraddy/Universidad de Birmingham

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Un esfuerzo de colaboración entre investigadores de la Universidad de Birmingham y la Universidad de Cambridge en el Reino Unido ha llevado al desarrollo de un nuevo método que utiliza sistemas cuánticos para ayudar a detectar la luz del infrarrojo medio (MIR) a temperatura ambiente, según un comunicado de prensa.

El infrarrojo medio, como su nombre indica, se encuentra entre las longitudes de onda cercanas y lejanas del espectro infrarrojo, justo fuera de las de la luz visible. El espectro del infrarrojo medio ha adquirido especial importancia, ya que ha sido útil para múltiples aplicaciones que van desde tratamientos militares hasta tratamientos ambientales y médicos y el estudio de objetos celestes.

Los detectores utilizados en estos dispositivos se basan en semiconductores refrigerados que no sólo son voluminosos sino que también consumen mucha energía. Al hacer posible la detección de infrarrojo medio a temperatura ambiente, los investigadores han abierto nuevas vías para la investigación y dispositivos prácticos en diversos campos.

Cuando los científicos buscan estudiar estructuras de moléculas químicas y biológicas, utilizan luz infrarroja media para excitar los enlaces entre los átomos constituyentes. Esto hace que los enlaces vibren a altas frecuencias.

Si bien los científicos han hecho esto a bajas temperaturas en el pasado, hacerlo a temperatura ambiente significa que también deben tener en cuenta el movimiento aleatorio observado en los enlaces, lo que genera ruido térmico adicional.

Para evitar el ruido térmico, el equipo de investigación dirigido por Rohit Chikkaraddy, profesor asistente de física en la Universidad de Birmingham, ensambló emisores moleculares en pequeñas cavidades plasmónicas para que resuenen en MIR y rangos visibles.

El enfoque, llamado Luminiscencia asistida por vibración MIR o MIRVAL, también incluye diseñar los emisores para que sus estados de vibración molecular y estados electrónicos puedan interactuar y dar como resultado una transducción eficiente de la luz MIR en luminiscencia visible mejorada.

La creación de picocavidades permite atrapar la luz de las fuentes más pequeñas, como los defectos de un solo átomo en los metales. Los investigadores también pudieron confinar la luz en volúmenes extremadamente pequeños, incluso por debajo de un nanómetro cúbico, aumentando así la resolución de los datos obtenidos.

"El aspecto más desafiante fue reunir tres escalas de longitud muy diferentes: la longitud de onda visible, que son cientos de nanómetros, las vibraciones moleculares, que son menos de un nanómetro, y las longitudes de onda del infrarrojo medio, que son diez mil nanómetros, en una sola escala. plataforma única y combinarlas de manera efectiva”, dijo Chikkaraddy en un comunicado de prensa.

Arte Tori/iStock

El avance del equipo puede ayudarnos a profundizar nuestra comprensión de sistemas altamente complejos y vibraciones moleculares activas infrarrojas hasta el nivel de una sola molécula, algo que nunca antes se había logrado. Si bien esto ayudará a los investigadores a estudiar mejor las moléculas, también abre las puertas a múltiples aplicaciones.

"MIRVAL podría tener varios usos, como detección de gases en tiempo real, diagnóstico médico, estudios astronómicos y comunicación cuántica, ya que ahora podemos ver la huella vibratoria de moléculas individuales en las frecuencias MIR", añadió Chikaraddy.

La capacidad de detectar la temperatura ambiente también ayudará a facilitar tanto las aplicaciones como la investigación adicional en el campo. Los avances futuros llegarán a dispositivos que luego podrán ayudarnos a manipular átomos a nivel cuántico, según el comunicado de prensa.

Los resultados de la investigación se publicaron hoy en la revista Nature Photonics.