Учёные создали технологию, переводящую инфракрасное излучение в видимый диапазон

 Исследователи придумали, как обнаружить излучение в инфракрасном диапазоне. Для этого они предлагают преобразовать его в видимый свет, который легко обнаружить невооружённым глазом.

Учёные создали технологию, переводящую инфракрасное излучение в видимый диапазон

Unsplash

Благодаря этой технологии будет возможно видеть в инфракрасном диапазоне, как это делают тепловизоры.

Свет — это электромагнитная волна: в ней совершают колебания электромагнитные поля, распространяющиеся в пространстве. Энергия излучения (в том числе цвет) определяется частотой — числом колебаний электромагнитной волны в секунду. Наши глаза могут различать частоту от 400 до 750 триллионов колебаний в секунду (триллионов герц или терагерц — ТГц). Этот интервал частот определяет видимый спектр. Световые датчики в камерах мобильных телефонов могут обнаруживать частоты до 300 ТГц, а датчики, используемые для подключения к Интернету через оптическое волокно, чувствительны к частоте около 200 ТГц.

На более низких частотах энергии, переносимой светом, недостаточно для срабатывания фоторецепторов в наших глазах, как и во многих других датчиках. Это — проблема, учитывая, что в среднем и дальнем инфракрасном спектре лежит довольно много интересной информации. Например, тело с температурой 20°C излучает в инфракрасном диапазоне до 10 ТГц, и его можно «увидеть» с помощью тепловизора.

Кроме того, многие химические и биологические вещества имеют четкие полосы поглощения в среднем инфракрасном диапазоне, что означает, что мы можем обнаружить их удалённо и неразрушающе с помощью инфракрасной спектроскопии.

Просто так инфракрасный свет не виден — для его различения приходится использовать специализированные детекторы, охлажденные до очень низких температур, что является дорогостоящим и энергоемким процессом.

Однако учёные нашли экстраординарное явление — они создали один слой молекул для поглощения среднего инфракрасного света. Вибрирующие молекулы могут отдавать свою энергию падающему излучению в видимом диапазоне, «преобразуя» его в излучение ближе к синему концу спектру. Такое излучение уже можно зафиксировать камерами.

Преобразование частоты — задача не из легких. Частота света является фундаментальной характеристикой, которую невозможно изменить простыми действиями наподобие отражения света — всё из-за закона сохранения энергии. В теории идея учёных работала, но исследователи столкнулись с проблемой — требовалось обеспечить достаточно быструю встречу вибрирующих молекул с видимым светом.

Они произвели небольшие улучшения — молекулы поместили между металлическими наноструктурами, которые подействовали как оптические антенны, концентрируя инфракрасный свет и излучение на молекулах. Другая группа учёных пошла ещё дальше и использовала лазерный луч более высокой частоты на тех же молекулах.

Учёные создали технологию, переводящую инфракрасное излучение в видимый диапазон

Возможная реализация технологии — такая линза из метаматериалов. NanoPhotonics Cambridge/Ermanno Miele, Jeremy Baumberg 

Процесс преобразования является когерентным — вся информация, присутствующая в исходном инфракрасном свете, точно переносится на вновь созданный видимый свет. Это позволяет проводить инфракрасную спектроскопию с высоким разрешением с помощью стандартных детекторов, таких как те, что используются в камерах мобильных телефонов.

Длина и ширина каждого устройства составляет несколько микрометров, что позволяет включать их в большие массивы пикселей. Наконец, метод достаточно универсален и может быть адаптирован к различным частотам, просто выбирая молекулы с различными колебательными модами.

Исследователи подчеркивают, что, несмотря на недоработанность технологии, существует множество способов оптимизировать работу таких недорогих молекулярных детекторов. Они помогут в самых разных областях науки и техники — от астрономических наблюдений галактических структур до гормонального анализа человека и ранней диагностики рака, а также определения загрязняющих веществ в смесях.

Материал подготовлен на основе исследований в журналах Science.

Влад Кулиев, Supreme2.Ru

Коды для вставки в блог\форум




Интересные новости
В Египте восстановили потрясающие "картины" в древнем храме бога Хнуму: фотоВ Египте восстановили потрясающие "картины" в древнем храме бога Хнуму: фото
Астрономы усомнились в корректности первых снимков черной дырыАстрономы усомнились в корректности первых снимков черной дыры
Высокие "технологии": роSSийский военный спутник с нацистским символом Z продержался в космосе всего 20 дней, фотоВысокие "технологии": роSSийский военный спутник с нацистским символом Z продержался в космосе всего 20 дней, фото
Человечество может стать межпланетным видом, но есть проблема – ученыеЧеловечество может стать межпланетным видом, но есть проблема – ученые
Наткнулись случайно: в Парагвае обнаружили новый вид змей, как они выглядятНаткнулись случайно: в Парагвае обнаружили новый вид змей, как они выглядят
Блок рекламы


Похожие новости

Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) создали акустическую систему, равную по толщине листу бумагиУченые из Массачусетского технологического института (MIT) создали акустическую систему, равную по толщине листу бумаги
Ученые создали робота-крысу, который может искать людей под заваламиУченые создали робота-крысу, который может искать людей под завалами
Учёные смогли управлять растением с помощью искусственного нейроинтерфейса — на очереди животные и человекУчёные смогли управлять растением с помощью искусственного нейроинтерфейса — на очереди животные и человек
Учёные создали метаматериал, который сделает МРТ-сканирование мозга дешевле и быстрееУчёные создали метаматериал, который сделает МРТ-сканирование мозга дешевле и быстрее
Учёные создали энергоэффективные искусственные листья для поглощения углерода из воздухаУчёные создали энергоэффективные искусственные листья для поглощения углерода из воздуха
Увидеть инфракрасное излучение невооружённым взглядом помогут молекулярные датчикиУвидеть инфракрасное излучение невооружённым взглядом помогут молекулярные датчики
Учёные «закрутили» магнит и наблюдали удивительную структуру магнитного поляУчёные «закрутили» магнит и наблюдали удивительную структуру магнитного поля
А я милого узнаю по походке: британские учёные предложили новый способ идентификации владельцев смартфоновА я милого узнаю по походке: британские учёные предложили новый способ идентификации владельцев смартфонов
Немецкие учёные придумали, как сделать 3D-печать с наноразмерной точностью доступной каждомуНемецкие учёные придумали, как сделать 3D-печать с наноразмерной точностью доступной каждому
Учёные установили, что находится под поверхностью Марса в районе аппарата InSightУчёные установили, что находится под поверхностью Марса в районе аппарата InSight
Последние новости

Подгружаем последние новости