Исследователи Кембриджского и Бирмингемского университетов нашли способ удерживать фотоны в среднем инфракрасном диапазоне с помощью молекулярных излучателей. Эти квантовые приборы влияют на восприятие света в инфракрасных лучах. Открытие поможет в медицинской диагностике, астрономии и квантовой коммуникации. Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics.
В молекулах существуют связи, которые поддерживают расстояние между атомами и общую структуру. Свет в среднем инфракрасном диапазоне (MIR), с длиной волн 3,5–5 микрометров, заставляет их вибрировать подобно пружинам. Однако при комнатной температуре эти «пружины» двигаются хаотично. Поэтому современные детекторы, которые помогают увидеть их движение, основаны на охлаждаемых полупроводниковых приборах. Но такие приборы тратят слишком много энергии, поэтому ученые представили новый способ обнаружения света в инфракрасных лучах при комнатной температуре.
Команда собрала молекулярные излучатели в крошечный резонатор. Они сконструировали его так, чтобы колеблющиеся молекулы и электроды взаимодействовали между собой. Благодаря этому свет в среднем инфракрасном диапазоне преобразовывается в усиленное и видимое для людей свечение. Маленькие полости в резонаторе улавливают свет и удерживают его в объеме менее одного кубического нанометра, что можно сравнить с размером одной молекулы.
Новый подход получил название MIRVAL— MIR-люминесценция с вибрационным усилением. Команда использовала молекулы, которые могут излучать как инфракрасный, так и видимый свет.
«Самой сложной задачей было объединить три совершенно разных диапазона волн — видимую длину волны, которая составляет сотни нанометров, молекулярные колебания, которые составляют менее нанометра, и длины волн среднего инфракрасного диапазона, которые составляют десять тысяч нанометров, — в единую платформу и эффективно соединить их», — рассказал Рохит Чиккарадди, автор исследования из Бирмингемского университета.
Проект открывает путь к изучению инфракрасных молекулярных колебаний, которые раньше были недоступны на уровне отдельных молекул. Поскольку теперь исследователи видят вибрационный отпечаток молекул на частотах MIR, квантовый метод можно применять для медицинской диагностики, космических исследований и зондирования газа. В будущем технология MIRVAL объяснит сложное взаимодействие атомов в молекулярных квантовых системах.
Автор: Ксения Земскова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
