Fyzici navrhujú nový spôsob detekcie infračerveného žiarenia
Nedávno fyzici z Federálneho technologického inštitútu v Lausanne (EPFL) navrhli novú metódu detekcie infračerveného žiarenia, ktorá je vysoko citlivá a dokáže detegovať aj jednotlivé fotónové signály. Podrobne sa analyzovalo nanorozmerové riešenie založené na platforme molekulárnej optomechaniky na premenu terahertzových a stredných infračervených (MIR) fotónov na viditeľné-blízko-infračervené (VIS-NIR) pásmo a pridanie šumu k nim pomocou úplného kvantového modelu a účinnosti konverzie. . Výskum s názvom „Molekulárna platforma pre frekvenčnú konverziu smerom nahor na jednofotónovej úrovni“ bol publikovaný na stránke Physical.optics a adresa príspevku je: https://arxiv.org/abs/1910.11395v1.
Pri používaní webových kamier alebo kamier mobilných telefónov zažívame silu lacných kompaktných snímačov vyvinutých v posledných desaťročiach pre viditeľnú oblasť elektromagnetického spektra. Naproti tomu detekcia nízkofrekvenčného žiarenia, ktoré je voľným okom neviditeľné, ako je stredné a vzdialené infračervené žiarenie, vyžaduje zložité a drahé vybavenie. Senzory na molekulárne rozpoznávanie a zobrazovanie tepelného žiarenia prirodzene vyžarovaného ľudským telom zatiaľ nie sú široko dostupné kvôli nedostatku kompaktnej technológie. Preto by nové koncepčné objavy v tejto oblasti mohli mať obrovský vplyv na náš každodenný život. Priama detekcia jednotlivých fotónov s vlnovými dĺžkami väčšími ako 2 mikrometre za okolitých podmienok je v súčasnosti stále vážnou technickou výzvou.
V súčasnosti najpopulárnejšou technikou na detekciu stredného až vzdialeného infračerveného žiarenia je mikrobolometer, ktorý pozostáva z radu malých teplomerov, ktoré merajú teplo generované absorbovaným žiarením. Takéto detektory majú množstvo obmedzení, najmä pomalé časy odozvy a neschopnosť detegovať slabé signály žiarenia.
Tím EPFL vedený Christophom Gallandom a Tobiasom Kippenbergom navrhol novú metódu detekcie, ktorá sleduje úplne inú cestu: najprv prevedie neviditeľné žiarenie na viditeľné svetlo a potom ho deteguje existujúcimi technológiami. Srdcom tohto nového konceptu sú hybridné kovovo-molekulárne nanoštruktúry. Kov je upravený tak, aby sústredil infračervené žiarenie na molekuly, čo spôsobuje ich vibráciu. Energia vibrujúcich molekúl sa potom opäť premení na žiarenie, ale tentoraz ako viditeľné svetlo. Táto hybridná nanoštruktúra, navrhnutá v spolupráci s Diegom Martin-Cano (Inštitút Maxa Plancka pre svetlo, Erlangen, Nemecko), dosahuje vysokú účinnosť konverzie a zároveň zmenšuje zariadenia na veľkosti oveľa menšie, než je vlnová dĺžka infračerveného svetla.
