Các nhà vật lý đề xuất một phương pháp mới để phát hiện bức xạ hồng ngoại
Gần đây, các nhà vật lý tại Viện Công nghệ Liên bang ở Lausanne (EPFL) đã đề xuất một phương pháp phát hiện bức xạ hồng ngoại mới, có độ nhạy cao và thậm chí có thể phát hiện các tín hiệu photon đơn lẻ. Một giải pháp kích thước nano dựa trên nền tảng cơ quang học phân tử để chuyển đổi ngược các photon terahertz và hồng ngoại trung bình (MIR) thành dải khả kiến-cận hồng ngoại (VIS-NIR) và thêm nhiễu cho chúng bằng mô hình lượng tử đầy đủ và hiệu suất chuyển đổi đã được phân tích chi tiết . Nghiên cứu có tiêu đề "Nền tảng phân tử để chuyển đổi ngược tần số ở cấp độ một photon" đã được xuất bản trên tạp chí physics.optics và địa chỉ của bài báo là: https://arxiv.org/abs/1910.11395v1.
Khi sử dụng webcam hoặc máy ảnh của điện thoại di động, chúng tôi trải nghiệm sức mạnh của các cảm biến nhỏ gọn, rẻ tiền được phát triển trong vài thập kỷ qua cho vùng khả kiến của phổ điện từ. Ngược lại, việc phát hiện bức xạ tần số thấp không nhìn thấy được bằng mắt thường, chẳng hạn như bức xạ hồng ngoại trung và xa, đòi hỏi thiết bị phức tạp và đắt tiền. Các cảm biến để nhận dạng phân tử và chụp ảnh bức xạ nhiệt do cơ thể con người phát ra tự nhiên vẫn chưa được phổ biến rộng rãi do thiếu công nghệ nhỏ gọn. Do đó, những đột phá về khái niệm mới trong lĩnh vực này có thể có tác động to lớn đến cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Việc phát hiện trực tiếp các photon đơn lẻ có bước sóng lớn hơn 2 micromet trong điều kiện môi trường xung quanh hiện vẫn là một thách thức kỹ thuật nghiêm trọng.
Hiện tại, kỹ thuật phổ biến nhất để phát hiện bức xạ hồng ngoại từ trung bình đến xa là microbolometer, bao gồm một dãy các nhiệt kế nhỏ đo nhiệt lượng do bức xạ hấp thụ tạo ra. Những máy dò như vậy có một số hạn chế, đáng chú ý là thời gian phản hồi chậm và không có khả năng phát hiện các tín hiệu bức xạ yếu.
Nhóm EPFL do Christophe Galland và Tobias Kippenberg đứng đầu đã đề xuất một phương pháp phát hiện mới đi theo một con đường hoàn toàn khác: đầu tiên chuyển đổi bức xạ không nhìn thấy được thành ánh sáng khả kiến và sau đó phát hiện nó bằng các công nghệ hiện có. Trọng tâm của khái niệm mới này là các cấu trúc nano lai giữa kim loại và phân tử. Kim loại được biến đổi để tập trung bức xạ hồng ngoại vào các phân tử, khiến chúng rung động. Năng lượng của các phân tử dao động sau đó lại được chuyển đổi thành bức xạ, nhưng lần này là ánh sáng khả kiến. Cấu trúc nano lai này, được thiết kế với sự hợp tác của Diego Martin-Cano (Viện Max Planck về Ánh sáng, Erlangen, Đức), đạt được hiệu suất chuyển đổi cao trong khi thu nhỏ các thiết bị về kích thước nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của ánh sáng hồng ngoại.
