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Rilevare l’invisibile: alcuni ricercatori scoprono un modo per vedere la luce infrarossa

Un concetto innovativo che dimostra in che modo trasformare la luce infrarossa in luce visibile sta spianando la strada a una nuova tecnologia di rilevamento a basso costo.

Ricerca di base

Uno studio recente pubblicato sulla rivista «Science» presenta un approccio inedito al rilevamento della luce infrarossa normalmente invisibile. La ricerca, sostenuta dai progetti THOR, POSEIDON, PICOFORCE e BioNet, finanziati dall’UE, sta gettando le basi per rilevatori a infrarossi e tecniche spettroscopiche su larga scala e convenienti in termini di costi per la misurazione delle emissioni di gas a effetto serra, il monitoraggio dei tumori e il telerilevamento dell’universo esterno. Le onde infrarosse costituiscono l’ultima banda dello spettro elettromagnetico prima di raggiungere la luce visibile. Sebbene nella maggior parte dei casi la luce infrarossa risulti invisibile all’occhio umano, è possibile percepirla come calore. La luce del medio infrarosso, ovvero la regione situata nel mezzo della banda infrarossa, ha un intervallo di frequenza compreso tra 20 e 215 terahertz, ed emette un calore moderato rispetto alle regioni del vicino e del lontano infrarosso. Al fine di individuare questa luce debole del medio infrarosso, attualmente gli scienziati si avvalgono di dispositivi costosi ed energivori che devono essere raffreddati fino a temperature estremamente basse. Per ovviare a questo problema, il gruppo di ricerca sostenuto dall’UE ha scoperto un modo per convertire la luce in frequenze visibili affinché sia possibile effettuarne facilmente il rilevamento e la misurazione.

Il trucco per imprigionare la luce

Il gruppo ha utilizzato uno strato singolo di molecole per intrappolare le diverse frequenze della luce del medio infrarosso all’interno dei propri legami chimici vibranti. Come riferito in un comunicato stampa pubblicato sul sito web «ScienceDaily», le molecole vibranti conferiscono la propria energia alla luce visibile che incontrano, convertendo così la frequenza dei fotoni del medio infrarosso in una frequenza superiore. Questa conversione verso l’alto si traduce in emissioni luminose di facile rilevamento da parte delle odierne fotocamere sensibili alla luce visibile. Secondo il comunicato stampa, la sfida risiedeva nel far sì che le molecole vibranti entrassero in contatto con la luce visibile abbastanza rapidamente. «Ciò implicava la necessità di racchiudere la luce in modo davvero stretto attorno alle molecole, costringendola negli interstizi circondati dall’oro», spiega il dott. Angelos Xomalis, autore principale dello studio, dell’Università di Cambridge, istituto che ha coordinato il progetto PICOFORCE e partner dei progetti THOR e POSEIDON. I ricercatori hanno inserito strati singoli di molecole tra uno specchio e pezzi minuscoli di oro. «Riuscire a imprigionare nello stesso momento questi colori diversi di luce si è dimostrato difficile; tuttavia, volevamo scovare un modo che fosse economico e in grado di realizzare facilmente dispositivi pratici», osserva nello stesso comunicato stampa il coautore dello studio, il dott. Rohit Chikkaraddy, anch’egli dell’Università di Cambridge. Il gruppo, dando prova della possibilità di integrazione di tali rilevatori dell’infrarosso nei wafer in silicio, ha creato i primi dispositivi efficienti dell’ambito emergente dell’optomeccanica molecolare. Jeremy Baumberg, autore corrispondente dello studio e professore presso l’Università di Cambridge, fornisce una descrizione di questo risultato: «È come sentire le onde sismiche che si increspano lentamente quando si fanno scontrare con una corda di violino per ottenere un fischio acuto facile da sentire che, tuttavia, non provoca la rottura del violino.» Il progetto THOR (TeraHertz detection enabled by mOleculaR optomechanics) si concluderà ad agosto 2022. I progetti POSEIDON (NanoPhOtonic devices applying SElf-assembled colloIDs for novel ON-chip light sources) e BioNet (Dynamical Redesign of Biomolecular Networks) termineranno nel 2023, mentre il progetto PICOFORCE (Pico-Photonic Forces at the Atomic Scale) volgerà al termine nel 2025. Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto THOR sito web del progetto POSEIDON progetto PICOFORCE progetto BioNet project

Parole chiave

THOR, POSEIDON, PICOFORCE, BioNet, luce, infrarosso, luce visibile, molecola, medio infrarosso, rilevamento

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