I fisici propongono un nuovo modo per rilevare la radiazione infrarossa
Di recente, i fisici del Politecnico federale di Losanna (EPFL) hanno proposto un nuovo metodo per rilevare la radiazione infrarossa, che è altamente sensibile e può persino rilevare segnali di singoli fotoni. È stata analizzata in dettaglio una soluzione su scala nanometrica basata su una piattaforma di optomeccanica molecolare per convertire i fotoni terahertz e nel medio infrarosso (MIR) nella banda visibile-vicino-infrarosso (VIS-NIR) e aggiungervi rumore utilizzando un modello quantistico completo e l'efficienza di conversione . La ricerca intitolata "Molecular platform for frequency upconversion at the single-photon level" è stata pubblicata su physics.optics e l'indirizzo dell'articolo è: https://arxiv.org/abs/1910.11395v1.
Quando si utilizzano webcam o fotocamere di telefoni cellulari, sperimentiamo la potenza di sensori economici e compatti sviluppati negli ultimi decenni per la regione visibile dello spettro elettromagnetico. Al contrario, il rilevamento di radiazioni a bassa frequenza invisibili a occhio nudo, come le radiazioni nel medio e lontano infrarosso, richiede apparecchiature complesse e costose. I sensori per il riconoscimento molecolare e l'imaging della radiazione termica emessa naturalmente dal corpo umano non sono ancora ampiamente disponibili a causa della mancanza di una tecnologia compatta. Pertanto, nuove scoperte concettuali in questo settore potrebbero avere un enorme impatto sulla nostra vita quotidiana. Il rilevamento diretto di singoli fotoni con lunghezze d'onda superiori a 2 micrometri in condizioni ambientali è attualmente ancora una seria sfida tecnica.
Attualmente la tecnica più popolare per rilevare la radiazione infrarossa medio-lontana è il microbolometro, che consiste in una serie di piccoli termometri che misurano il calore generato dalla radiazione assorbita. Tali rilevatori hanno una serie di limitazioni, in particolare tempi di risposta lenti e l'incapacità di rilevare deboli segnali di radiazione.
Il team dell'EPFL guidato da Christophe Galland e Tobias Kippenberg ha proposto un nuovo metodo di rilevamento che segue un percorso completamente diverso: prima convertire la radiazione invisibile in luce visibile e poi rilevarla con le tecnologie esistenti. Al centro di questo nuovo concetto ci sono le nanostrutture ibride metallo-molecolari. Il metallo viene modificato per focalizzare la radiazione infrarossa sulle molecole, facendole vibrare. L'energia delle molecole vibranti viene quindi nuovamente convertita in radiazione, ma questa volta come luce visibile. Questa nanostruttura ibrida, progettata in collaborazione con Diego Martin-Cano (Max Planck Institute for Light, Erlangen, Germania), raggiunge elevate efficienze di conversione riducendo i dispositivi a dimensioni molto inferiori alla lunghezza d'onda della luce infrarossa.
