Infravermelho visível à temperatura ambiente alcançado em um primeiro

Rohit Chikkarddy/Universidade de Birmingham

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Um esforço colaborativo entre pesquisadores da Universidade de Birmingham e da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, levou ao desenvolvimento de um novo método que utiliza sistemas quânticos para ajudar a detectar luz infravermelha média (MIR) à temperatura ambiente, disse um comunicado de imprensa.

O infravermelho médio, como o nome sugere, situa-se entre os comprimentos de onda próximos e distantes do espectro infravermelho, fora dos comprimentos de onda da luz visível. O espectro do infravermelho médio ganhou particular importância, pois tem sido útil para múltiplas aplicações, desde militares até tratamentos ambientais e médicos e estudo de objetos celestes.

Os detectores usados ​​nesses dispositivos dependem de semicondutores resfriados que não são apenas volumosos, mas também consomem muita energia. Ao tornar possível a detecção do infravermelho médio à temperatura ambiente, os pesquisadores abriram novos caminhos para pesquisas e dispositivos práticos em vários campos.

Quando os cientistas procuram estudar estruturas de moléculas químicas e biológicas, eles usam luz infravermelha média para excitar as ligações entre os átomos constituintes. Isso faz com que as ligações vibrem em altas frequências.

Embora os cientistas tenham feito isto a baixas temperaturas no passado, fazê-lo à temperatura ambiente significa que também precisam de ter em conta o movimento aleatório observado nas ligações, levando a ruído térmico adicional.

Para evitar o ruído térmico, a equipe de pesquisa liderada por Rohit Chikkaraddy, professor assistente de física na Universidade de Birmingham, montou emissores moleculares em pequenas cavidades plasmônicas para ressonarem no MIR e nas faixas visíveis.

Chamada de Luminescência Assistida por Vibração MIR ou MIRVAL, a abordagem também inclui a engenharia dos emissores para que seus estados vibracionais moleculares e estados eletrônicos possam interagir e resultar em uma transdução eficiente da luz MIR em luminescência visível aprimorada.

A criação de picocavidades permite capturar a luz das menores fontes, como defeitos de átomo único em metais. Os pesquisadores também puderam confinar a luz em volumes extremamente pequenos, mesmo abaixo de um nanômetro cúbico, aumentando assim a resolução dos dados obtidos.

"O aspecto mais desafiador foi reunir três escalas de comprimento amplamente diferentes - o comprimento de onda visível, que é de centenas de nanômetros, as vibrações moleculares, que são inferiores a um nanômetro, e os comprimentos de onda do infravermelho médio, que são de dez mil nanômetros - em um plataforma única e combiná-los de forma eficaz”, disse Chikkaraddy em um comunicado à imprensa.

Arte Tori/iStock

A descoberta da equipe pode nos ajudar a aprofundar nossa compreensão de sistemas altamente complexos e vibrações moleculares ativas infravermelhas até o nível de molécula única, o que nunca foi alcançado antes. Embora isso ajude os pesquisadores a estudar melhor as moléculas, também abre portas para múltiplas aplicações.

“O MIRVAL poderia ter vários usos, como detecção de gás em tempo real, diagnóstico médico, pesquisas astronômicas e comunicação quântica, já que agora podemos ver a impressão digital vibracional de moléculas individuais nas frequências MIR”, acrescentou Chikaraddy.

A capacidade de detecção da temperatura ambiente também ajudará a facilitar as aplicações e futuras pesquisas no campo. Avanços futuros chegarão a dispositivos que poderão nos ajudar a manipular átomos em nível quântico, disse o comunicado de imprensa.

Os resultados da pesquisa foram publicados hoje na revista Nature Photonics.