來(lái)自伯明翰大學(xué)和劍橋大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種新方法，利用量子系統(tǒng)在室溫下探測(cè)中紅外線(MIR)光。 這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《自然·光子學(xué)》雜志上，在劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，標(biāo)志著科學(xué)家在洞察化學(xué)和生物分子工作方面取得了重大突破。

MIR振動(dòng)輔助發(fā)光（MIRVAL） 在使用量子系統(tǒng)的新方法中，研究小組利用分子發(fā)射器將低能量MIR光子轉(zhuǎn)換為高能量可見(jiàn)光子。這項(xiàng)新創(chuàng)新能夠幫助科學(xué)家在室溫下檢測(cè)MIR，并在單分子水平上進(jìn)行光譜學(xué)。

伯明翰大學(xué)助理教授、該研究的主要作者Rohit Chikkaraddy博士解釋說(shuō)：“維持分子中原子間距離的鍵能像彈簧一樣振動(dòng)，這些振動(dòng)在非常高的頻率下共振。這些彈簧可以被人眼不可見(jiàn)的中紅外線區(qū)域的光激發(fā)。在室溫下，這些彈簧處于隨機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這意味著檢測(cè)中紅外光的主要挑戰(zhàn)是避免這種熱噪聲。現(xiàn)代探測(cè)器依賴于冷卻半導(dǎo)體設(shè)備，這是一種能源密集型和體積龐大的設(shè)備，但我們的研究提出了一種新的和令人興奮的方法，在室溫下檢測(cè)這種光。”

這種新方法被稱為MIR振動(dòng)輔助發(fā)光(MIRVAL)，使用具有MIR和可見(jiàn)光兩種能力的分子。該團(tuán)隊(duì)能夠?qū)⒎肿影l(fā)射器組裝到一個(gè)非常小的等離子腔中，該等離子腔在MIR和可見(jiàn)光范圍內(nèi)共振。他們進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，使分子振動(dòng)狀態(tài)和電子狀態(tài)能夠相互作用，從而將MIR光高效地轉(zhuǎn)換為增強(qiáng)的可見(jiàn)光發(fā)光。 Chikkaraddy博士繼續(xù)說(shuō)：“最具挑戰(zhàn)性的是將三個(gè)截然不同的長(zhǎng)度尺度——可見(jiàn)光波長(zhǎng)為數(shù)百納米，分子振動(dòng)波長(zhǎng)小于1納米，中紅外波長(zhǎng)為1萬(wàn)納米——整合到一個(gè)平臺(tái)上，并有效地結(jié)合起來(lái)。”

通過(guò)制造微腔，微腔是金屬表面的單原子缺陷形成的，它是一種非常小的腔體，能夠捕獲光線，研究人員能夠?qū)崿F(xiàn)一立方納米以下的極端光束限制體積。這意味著該團(tuán)隊(duì)可以將MIR光束限制到單個(gè)分子的尺度。

這一突破可以加深對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的理解，并打開(kāi)了通往紅外線活躍分子振動(dòng)的大門，這些振動(dòng)通常在單分子水平上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。但MIRVAL可能在許多領(lǐng)域都有益處，而不僅僅是純粹的科學(xué)研究。 Chikkaraddy博士總結(jié)道：“MIRVAL可以有許多用途，如實(shí)時(shí)氣體傳感、醫(yī)學(xué)診斷、天文調(diào)查和量子通信，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在可以看到MIR頻率下單個(gè)分子的振動(dòng)指紋。在室溫下檢測(cè)MIR的能力意味著探索這些應(yīng)用和在這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步研究要容易得多。通過(guò)進(jìn)一步的進(jìn)展，這種新穎的方法不僅可以找到它進(jìn)入實(shí)際設(shè)備的方式，將塑造MIR技術(shù)的未來(lái)，而且還可以釋放出在分子量子系統(tǒng)中連貫地操縱‘彈簧球’原子復(fù)雜相互作用的能力。”

審核編輯：彭菁