Ученые из Швейцарии, Китая, Испании и Нидерландов разработали новый метод обнаружения инфракрасного света, меняя его частоту на частоту видимого спектра. При этом сохраняется вся информация оригинального света. Созданное ими устройство может расширить диапазон возможностей существующих детекторов света до инфракрасного спектра. А его размеры легко позволят выполнять ИК-спектроскопию, например, с помощью смартфонов, а в недалеком будущем — через AR-очки.

Свет — состоит из колебаний электрических и магнитных полей, движущихся сквозь пространство. Каждая волна характеризуется частотой, то есть числом колебаний в секунду, которое измеряется в герцах. Глаз человека может различать частоты от 400 до 750 ТГц. Световые датчики в смартфонах видят свет до 300 ТГц, а детекторы в оптических кабелях — до 200 ТГц. Но чем ниже частота, тем сложнее фоторецепторам глаза или сенсорам видеть свет, хотя в среднем и дальнем инфракрасном спектре есть масса полезной для медицины, биологии или химии информации.

Конверсия частот — непростая задача. Частота света — это фундаментальная характеристика, которая опирается на закон сохранения энергии. Международная команда ученых смогла обойти его, добавив энергию к инфракрасному свету при помощи медиатора: крошечной вибрирующей молекулы. Инфракрасный свет направляется к ней и преобразуется в колебательную энергию. Одновременно лазерный луч более высокой частоты сталкивается с молекулой, выделяя дополнительную энергию и превращая вибрацию в видимый свет.

Для того чтобы усилить процесс конверсии, молекулы поместили между металлическими наноструктурами, которые действуют как оптические антенны. Они концентрируют на молекулах инфракрасный свет и энергию лазеров, пишет Phys.org.

«Новое устройство имеет ряд привлекательных свойств, — заявил профессор Кристоф Галлан из Федеральной политехнической школы Лозанны. — Во-первых, процесс конверсии когерентный, то есть вся информация, представленная в оригинальном инфракрасном свете, точно передается в созданном видимом свете. Это позволяет выполнять ИК-спектроскопию в высоком разрешении при помощи стандартных детекторов наподобие тех, которые есть в камерах смартфонов. Во-вторых, каждое устройство в длину и ширину всего несколько микрометров, то есть его можно вставить в крупные массивы пикселей. Наконец, этот метод крайне многогранный, и его можно адаптировать к различным частотам, просто выбирая молекулы с различными колебательными модами».

Пока, подчеркивают исследователи, эффективность конверсии света еще очень низкая, но они намерены повысить ее, чтобы начать коммерциализацию технологии.