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Detección de lo invisible: unos investigadores descubren la forma de ver la luz infrarroja

Un concepto novedoso que muestra cómo convertir la luz infrarroja en luz visible abre la puerta a una nueva tecnología de detección de bajo coste.

Investigación fundamental

En un estudio reciente publicado en la revista científica «Science», se presenta un nuevo método de detección de la luz infrarroja que, por lo general, suele ser invisible. La investigación, respaldada por los proyectos financiados con fondos europeos THOR, POSEIDON, PICOFORCE y BioNet, allana el terreno a detectores de infrarrojos a gran escala y a técnicas espectroscópicas rentables para la vigilancia de emisiones de gases de efecto invernadero, el seguimiento de neoplasias malignas y la teledetección del universo exterior. Las ondas infrarrojas están en la última banda del espectro electromagnético antes de llegar a la luz visible. A pesar de que, en la mayoría de los casos, la luz infrarroja es invisible al ojo humano, puede sentirse en forma de calor. La luz infrarroja media (la región del espectro que está en la parte media de la banda infrarroja) tiene un rango de frecuencia de entre 20 y 215 terahercios y emite un calor moderado en comparación con las regiones infrarrojas cercana y lejana. Hoy en día, para detectar esta luz infrarroja media débil, los científicos utilizan unos dispositivos caros y de gran consumo energético que deben enfriarse hasta temperaturas criogénicas. Para solucionar este problema, el equipo de investigación respaldado por la Unión Europea encontró una forma de convertir esta luz en frecuencias visibles que se puedan detectar y medir de forma fácil y eficaz.

El truco para atrapar la luz

El equipo utilizó una sola capa de moléculas para retener la luz infrarroja media dentro de sus enlaces químicos vibratorios. Tal y como se explica en una nota de prensa publicada en «ScienceDaily», estas moléculas vibratorias donan su energía a la luz visible que encuentran, de forma que convierten la frecuencia de los fotones infrarrojos medios a una frecuencia más alta. Esta conversión ascendente genera emisiones de luz que pueden ser fácilmente detectadas mediante las cámaras de luz visible actuales. Según la nota de prensa, el desafío fue asegurarse de que las moléculas vibratorias coincidieran con la luz visible con suficiente rapidez. «Esto significó que tuvimos que atrapar la luz con mucha fuerza alrededor de las moléculas, haciéndola entrar por grietas rodeadas de oro», explica el doctor Angelos Xomalis, primer autor del estudio de la Universidad de Cambridge, entidad socia de los proyectos THOR y POSEIDON y coordinadora del proyecto PICOFORCE. Los investigadores intercalaron capas moleculares individuales entre un espejo y trozos diminutos de oro. «Fue difícil atrapar estos diferentes colores de luz al mismo tiempo, pero queríamos encontrar una forma que no fuera cara y que pudiera producir fácilmente dispositivos prácticos», señala el doctor Rohit Chikkaraddy, coautor del estudio de la Universidad de Cambridge, en la misma nota de prensa. Al mostrar que es posible integrar este tipo de detectores de infrarrojos en obleas de silicio, el equipo creó los primeros dispositivos eficaces en el campo emergente de la optomecánica molecular. Jeremy Baumberg, catedrático de la Universidad de Cambridge y autor de correspondencia del estudio describe este logro: «Es como escuchar ondas sísmicas de ondulación lenta chocando con la cuerda de un violín para obtener un silbido alto que sea fácil de escuchar y sin romper el violín». El proyecto THOR (TeraHertz detection enabled by mOleculaR optomechanics) acaba en agosto de 2022. POSEIDON (NanoPhOtonic devices applying SElf-assembled colloIDs for novel ON-chip light sources) y BioNet (Dynamical Redesign of Biomolecular Networks) finalizarán en 2023, mientras que PICOFORCE (Pico-Photonic Forces at the Atomic Scale) lo hará en 2025. Para más información, consulte: Sitio web del proyecto THOR Sitio web del proyecto POSEIDON Sitio web del proyecto PICOFORCE proyecto BioNet

Palabras clave

THOR, POSEIDON, PICOFORCE, BioNet, luz, infrarrojo, luz visible, molécula, infrarrojo medio, detección

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