新方法實現中紅外光室溫探測

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中紅外振動輔助發光示意圖。圖片來源：論文主要作者、伯明翰大學助理教授、羅希特·奇卡拉迪博士

科技日報記者?張佳欣

據28日《自然·光子學》雜志報道，英國伯明翰大學和劍橋大學的科學家開發了一種使用量子系統在室溫下探測中紅外（MIR）光的新方法，他們使用分子發射器將低能量MIR光子轉換為高能的可見光光子。這項創新方法能夠幫助科學家在單分子水平上進行光譜分析，這標志著科學家在深入了解化學和生物分子的能力方面的重大進步。

研究人員解釋說，維持分子中原子之間距離的鍵可像彈簧一樣振動，同時這些振動會在非常高的頻率下產生共振，它們可被人眼看不見的中紅外區域光激發。室溫下的鍵隨機運動，因此，探測中紅外光的一個主要挑戰是避免這種熱噪聲。現代探測器依賴于能量密集型和體積龐大的冷卻半導體器件，但此次研究提出了一種在室溫下檢測這種光的新方法。

新方法被稱為中紅外振動輔助發光（MIRVAL），它使用既能成為中紅外光又能成為可見光的分子。該團隊將分子發射器組裝成一個非常小的等離子體腔，該腔在中紅外光和可見光范圍內都是共振的。他們進一步對其進行了改造，使分子的振動態和電子態能夠相互作用，從而有效地將中紅外光轉換為增強的可見光。

通過創造微腔，研究人員實現了低于1立方納米的極端光限制體積。微腔是一種由金屬面上的單原子缺陷形成的極小的空腔，可捕獲光線。這意味著該團隊可將中紅外光限制到單個分子的規模。

該突破能夠加深科學家對復雜系統的理解，并打開紅外活性分子振動的大門，這在單分子水平上通常是無法獲得的。除了純粹的科學研究外，MIRVAL還可在許多領域發揮作用，如實時氣體傳感、醫學診斷、天文測量和量子通信等。

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