Dispositivo molecular convierte infrarrojos en luz visible

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Investigadores de EPFL, China, España y los Países Bajos han construido un microdispositivo que utiliza moléculas vibratorias para transformar la luz infrarroja media invisible en luz visible.

El avance marca el comienzo de una nueva clase de sensores compactos para imágenes térmicas y análisis químico o biológico.

La luz es una onda electromagnética: consiste en campos eléctricos y magnéticos oscilantes que se propagan por el espacio.

Cada onda se caracteriza por su frecuencia, que se refiere al número de oscilaciones por segundo, medido en Hertz (Hz).

Nuestros ojos pueden detectar frecuencias entre 400 y 750 billones de Hz (o terahercios, THz), que definen el espectro visible.

Los sensores de luz en las cámaras de los teléfonos móviles pueden detectar frecuencias de hasta 300 THz, mientras que los detectores utilizados para las conexiones a Internet a través de fibras ópticas son sensibles a alrededor de 200 THz.

A frecuencias más bajas, la energía transportada por la luz no es suficiente para activar fotorreceptores en nuestros ojos y en muchos otros sensores, lo cual es un problema dado que existe una gran cantidad de información disponible en frecuencias por debajo de 100 THz, el espectro del infrarrojo medio y lejano.

Por ejemplo, un cuerpo con una temperatura superficial de 20 ° C emite luz infrarroja de hasta 10 THz, que se puede “ver” con imágenes térmicas.

Además, las sustancias químicas y biológicas presentan distintas bandas de absorción en el infrarrojo medio, lo que significa que podemos identificarlas de forma remota y no destructiva mediante espectroscopía infrarroja, que tiene innumerables aplicaciones.

Los científicos de EPFL, el Instituto de Tecnología de Wuhan, la Universidad Politécnica de Valencia y AMOLF en los Países Bajos han desarrollado una nueva forma de detectar la luz infrarroja cambiando su frecuencia a la de la luz visible.

El dispositivo puede extender la “vista” de los detectores de luz visible comúnmente disponibles y altamente sensibles hasta el infrarrojo.

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La conversión de frecuencia no es una tarea fácil.

La frecuencia de la luz es un elemento fundamental que no puede cambiar fácilmente al reflejar la luz en una superficie o pasarla a través de un material debido a la ley de conservación de energía.

Los investigadores trabajaron en torno a esto agregando energía a la luz infrarroja con un mediador: pequeñas moléculas vibratorias.

La luz infrarroja se dirige a las moléculas donde se convierte en energía vibratoria.

Simultáneamente, un rayo láser de mayor frecuencia incide en las mismas moléculas para proporcionar la energía extra y convertir la vibración en luz visible.

Para impulsar el proceso de conversión, las moléculas se intercalan entre nanoestructuras metálicas que actúan como antenas ópticas al concentrar la luz infrarroja y la energía láser en las moléculas.

“El nuevo dispositivo tiene una serie de características atractivas“, dice el profesor Christophe Galland de la Facultad de Ciencias Básicas de la EPFL, quien dirigió el estudio.

“Primero, el proceso de conversión es coherente, lo que significa que toda la información presente en la luz infrarroja original se asigna fielmente a la luz visible recién creada.

Permite realizar espectroscopía infrarroja de alta resolución con detectores estándar como los que se encuentran en las cámaras de los teléfonos móviles.

En segundo lugar, cada dispositivo tiene unos pocos micrómetros de largo y ancho, lo que significa que puede incorporarse en grandes conjuntos de pixeles.

Finalmente, el método es muy versátil y se puede adaptar a diferentes frecuencias simplemente eligiendo moléculas con diferentes modos vibracionales”.

“Hasta ahora, sin embargo, la eficiencia de conversión de luz del dispositivo sigue siendo muy baja“, advierte el Dr. Wen Chen, primer autor del trabajo.

“Ahora estamos centrando nuestros esfuerzos en seguir mejorando”, un paso clave hacia las aplicaciones comerciales.

Fuente: Science