실온에서 적외선을 볼 수 있는 새로운 방법

양자 유래 결과는 실온에서 중적외선 감지를 크게 단순화할 수 있습니다.

버밍엄 대학과 케임브리지 대학의 연구원들은 양자 시스템을 사용하여 실온 중적외선(MIR) 빛을 감지할 수 있는 선구적인 기술을 공개했습니다.

에 게시 됨 자연 포토닉스이 연구는 케임브리지의 캐번디시 연구소에서 수행되었으며 화학적, 생물학적 분자의 작용에 대한 통찰력을 얻을 수 있는 과학자들의 능력이 크게 향상되었음을 나타냅니다.

양자 시스템을 활용하는 새로운 방법으로, 연구팀은 분자 방출기를 사용하여 저에너지 MIR 광자를 고에너지 가시 광자로 변환했습니다. 새로운 혁신은 과학자들이 실온에서 단일 분자 수준에서 MIR을 감지하고 분광학을 수행하는 데 도움이 될 잠재력을 가지고 있습니다.

Rohit Shekaradi 박사, 조교수 버밍엄 대학교연구의 주저자는 다음과 같이 설명했습니다. “분자 내 원자 사이의 거리를 유지하는 결합은 스프링처럼 진동할 수 있으며 이러한 진동은 매우 높은 주파수에서 공명합니다. 이 스프링은 사람의 눈에는 보이지 않는 중적외선에 의해 작동될 수 있습니다. 실온에서 이러한 스프링은 무작위로 움직입니다. 즉, 중적외선을 감지하는 데 있어 가장 큰 과제는 이러한 열 잡음을 피하는 것입니다. 현대의 감지기는 부피가 크고 전력을 많이 소모하는 반도체 장치에 의존하지만, 우리의 연구는 실온에서 이 빛을 감지하는 흥미롭고 새로운 방법을 제시합니다.

새로운 접근법은 MIRVAL(MIR Vibrationally-Assisted Luminescent)이라고 하며 MIR 및 가시광선이 될 가능성이 있는 분자를 사용합니다. 팀은 MIR과 가시광선 대역 모두에서 공명하는 매우 작은 플라즈몬 공동에 분자 방출기를 넣을 수 있었습니다. 그들은 또한 분자 진동 상태와 전자 상태가 상호 작용할 수 있도록 설계하여 MIR 빛을 향상된 가시 형광으로 효율적으로 전달합니다.

Chikaradi 박사는 계속해서 다음과 같이 말했습니다: “가장 어려운 점은 수백 나노미터의 가시 파장, 1 나노미터 미만의 분자 진동, 10,000 나노미터의 중적외선 파장 등 세 가지 서로 다른 길이 척도를 단일 플랫폼에 효과적으로 통합하는 것이었습니다. “

피코 캐비티 공동을 생성함으로써 단일 분자로 구성된 믿을 수 없을 정도로 작은 빛을 가두는 공동옥수수 금속 면의 결함으로 인해 연구진은 1 입방 나노미터 미만의 극한의 광 포집 부피를 달성할 수 있었습니다. 이는 팀이 MIR 빛을 단일 분자 크기로 제한할 수 있음을 의미합니다.

이번 성과는 복잡한 시스템에 대한 이해를 심화할 수 있는 잠재력을 갖고 있으며 일반적으로 단일 분자 수준에서는 접근할 수 없는 적외선 에너지 분자 진동에 대한 문을 열어줍니다. 그러나 MERVAL은 순전히 과학적인 연구를 넘어서 다양한 분야에서 유용할 수 있습니다.

Chikaradi 박사는 “MIRVAL은 이제 MIR 주파수에서 개별 분자의 진동 특성을 볼 수 있으므로 실시간 가스 감지, 의료 진단, 천문 조사 및 양자 통신과 같은 다양한 용도로 사용될 수 있습니다. 실온에서 MIR을 검출할 수 있다는 것은 이러한 응용 분야를 탐색하고 이 분야에 대한 추가 연구를 훨씬 쉽게 수행할 수 있음을 의미합니다. 추가적인 발전을 통해 이 새로운 방법은 MIR 기술의 미래를 형성할 실용적인 장치로 활용될 뿐만 아니라 분자 양자 시스템에서 ‘스프링볼’ 원자 간의 복잡한 상호 작용을 일관되게 조작할 수 있는 능력을 열어줄 것입니다.

참고 자료: Rohit Chikaradi, Rakesh Arul 및 Lucas A의 “단일 분자 중적외선 분광법 및 진동 보조 섬광에 의한 검출” Jacob, Jeremy J. Bomberg, 2023년 8월 28일, 여기에서 확인 가능. 자연 포토닉스.
도이: 10.1038/s41566-023-01263-4