El dispositivo molecular transforma el infrarrojo en luz visible

El dispositivo molecular transforma el infrarrojo en luz visible

diciembre 5, 2021 0 Por RenzoC

La luz es una onda electromagnética: está formada por campos eléctricos y magnéticos oscilantes que se propagan en el espacio. Cada onda se caracteriza por su frecuencia, que se refiere al número de oscilaciones por segundo, medido en Hertz (Hz). Nuestros ojos pueden detectar frecuencias entre 400 y 750 billones de Hz (o terahercios, THz), que definen el espectro visible. Los sensores de luz de las cámaras de los teléfonos móviles pueden detectar frecuencias de hasta 300 THz, mientras que los detectores que se utilizan para las conexiones a Internet de fibra óptica son sensibles a unos 200 THz.

A frecuencias más bajas, la energía transportada por la luz no es suficiente para activar los fotorreceptores en nuestros ojos y muchos otros sensores, lo cual es un problema ya que hay mucha información disponible en frecuencias por debajo de 100 THz, el espectro del infrarrojo medio y lejano. . Por ejemplo, un cuerpo con una temperatura superficial de 20 ° C emite luz infrarroja de hasta 10 THz, que se puede “ver” con termografía. Además, las sustancias químicas y biológicas tienen distintas bandas de absorción en el infrarrojo medio, lo que significa que podemos identificarlas de forma remota y no destructiva mediante espectroscopía infrarroja, que tiene innumerables aplicaciones.

Transforma el infrarrojo en luz visible

Científicos de EPFL, el Instituto de Tecnología de Wuhan, la Universidad Politécnica de Valencia y AMOLF en los Países Bajos ahora han desarrollado una nueva forma de detectar la luz infrarroja cambiando su frecuencia a la de la luz visible. El dispositivo puede extender la «vista» de detectores comúnmente disponibles y altamente sensibles a la luz visible infrarroja lejana. El punto de inflexión se publica en Science.

La conversión de frecuencia no es una tarea fácil. La frecuencia de la luz es un elemento fundamental que no puede cambiar fácilmente al reflejar la luz en una superficie o pasarla a través de un material debido a la ley de conservación de la energía.

Los investigadores solucionaron este problema agregando energía a la luz infrarroja con un mediador: pequeñas moléculas vibratorias. La luz infrarroja se dirige a las moléculas donde se convierte en energía vibratoria. Simultáneamente, un rayo láser de mayor frecuencia golpea las mismas moléculas para entregar la energía adicional y convertir la vibración en luz visible. Para mejorar el proceso de conversión, las moléculas se encierran entre nanoestructuras metálicas que actúan como antenas ópticas al concentrar la luz infrarroja y la energía láser en las moléculas.

Una nueva luz

«El nuevo dispositivo tiene una serie de características interesantes», dice el profesor Christophe Galland de la Escuela de Ciencias Básicas de la EPFL, quien dirigió el estudio. “Primero, el proceso de conversión es consistente, lo que significa que toda la información presente en la luz infrarroja original se asigna fielmente a la luz visible recién creada. Le permite realizar espectroscopía infrarroja de alta resolución con detectores estándar como los que se encuentran en las cámaras de los teléfonos celulares. En segundo lugar, cada dispositivo tiene unos pocos micrómetros de largo y ancho, lo que significa que puede integrarse en grandes conjuntos de píxeles. Finalmente, el método es muy versátil y se puede adaptar a diferentes frecuencias simplemente eligiendo moléculas con diferentes modos vibracionales ”.

«Hasta ahora, sin embargo, la eficiencia de conversión de luz del dispositivo sigue siendo muy baja», advierte el Dr. Wen Chen, primer autor del trabajo. «Ahora estamos centrando nuestros esfuerzos en seguir mejorando», un paso fundamental hacia las aplicaciones comerciales.

Otros colaboradores

Universidad Friedrich Schiller de Jena

Referencia

Wen Chen, Philippe Roelli, Huatian Hu, Sachin Verlekar, Sakthi Priya Amirtharaj, Angela I. Barreda, Tobias J. Kippenberg, Miroslavna Kovylina, Ewold Verhagen, Alejandro Martínez, Christophe Galland. Conversión ascendente de frecuencia de onda continua con una nanocavidad molecular optomecánica. Science 3 de diciembre de 2021. DOI: 10.1126 / science.abk3106

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