Российские ученые вместе с коллегами из Швейцарской высшей технической школы Цюриха и Университета Лотарингии синтезировали гибкую и прозрачную мембрану, которая делает инфракрасное излучение видимым для человеческого глаза. Результаты исследования, опубликованные в журнале ACS Nano, позволят создать визуализаторы для применения в оптических лабораториях и на производствах.

Инфракрасное (ИК) излучение невидимо для человеческого глаза. Однако возможность фиксировать свет в этом диапазоне может быть необходима, например, для проверки лазерной установки, а также ее юстировки. ИК-излучение находит применение в медицине, на производстве, в лидарах и так далее. Лазеры ИК-диапазона, согласно ученым, имеются практически в каждой второй оптической лаборатории.

«Если вы используете лазер, которые работает в видимом диапазоне, вы можете просто взять тетрадный листок, поставить его поперек луча и увидите на нем точку, — рассказывает один из исследователей, руководитель лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО Сергей Макаров. — С ИК-лазером так не получится. Его вы заметите только тогда, когда он начнет поджигать листок бумаги. Однако для инфракрасного излучения есть карточки из специальных материалов, которые работают по сходному принципу — если перегородить такой карточкой путь лучу, вы увидите точку на ее поверхности. Они сделаны с добавлением ионов редкоземельных металлов, которые поглощают ИК, излучают и преобразуют его в видимый спектр».

Такие карточки — важный компонент для любой оптической лаборатории или производства с ИК-лазером. Но у таких материалов, по словам исследователей, есть ряд недостатков — высокая цена и маленький сроком службы. Кроме того, они подойдут не для каждой установки.

Чтобы решить эти проблемы, авторы новой работы использовали результаты своих ранних фундаментальных исследований, чтобы создать материал для ИК-визуализаторов нового поколения. Такие визуализаторы лишены многих недостатков применяемых сегодня изделий.

Чтобы сделать прототип устройства, авторы выбрали нитевидные нанокристаллы из фосфида галлия (GaP). Этот материал имеет очень интересные оптические свойства. Из-за того, что кристаллическая решетка этого материала нецентросимметрична, он способен уменьшать в два раза длину волны падающего на него излучения.

Например, ИК-излучение с длиной волны в 1000 нанометров становится уже видимым с длиной волны 500 нанометров. Этот фокус работает для излучения в широком диапазоне длин волн. Значит, с помощью него можно решить первую проблему многих существующих карточек для ИК-визуализации — их неуниверсальность и спектральную ограниченность.

Для этого авторы вырастили нитевидные кристаллы GaP, после чего залили их тонким слоем полимера, оторвали его от подложки и получили мембрану, внутри которой находились такие наночастицы. В конечном итоге получилась гибкая, тонкая, полупрозрачная пленка, которая пропускает через себя инфракрасное излучение без существенных искажений, уменьшая его длину волны и делая видимым для человеческого глаза.