물리학자들은 적외선을 감지하는 새로운 방법을 제안합니다.
최근 EPFL(Federal Institute of Technology in Lausanne)의 물리학자들은 매우 민감하고 단일 광자 신호도 감지할 수 있는 새로운 적외선 감지 방법을 제안했습니다. 테라헤르츠 및 중적외선(MIR) 광자를 가시근적외선(VIS-NIR) 대역으로 업컨버팅하고 여기에 노이즈를 추가하기 위한 분자 광역학 플랫폼 기반의 나노 스케일 솔루션과 변환 효율을 상세하게 분석했습니다. . "Molecular platform for frequency upconversion at the single-photon level"이라는 제목의 연구는 physics.optics에 게재되었으며 논문 주소는 https://arxiv.org/abs/1910.11395v1입니다.
웹캠이나 휴대폰 카메라를 사용할 때 우리는 전자기 스펙트럼의 가시 영역에 대해 지난 수십 년 동안 개발된 저렴하고 컴팩트한 센서의 위력을 경험합니다. 반면 중적외선, 원적외선 등 육안으로 보이지 않는 저주파 방사선을 검출하기 위해서는 복잡하고 고가의 장비가 필요하다. 인체에서 자연적으로 방출되는 열 복사의 분자 인식 및 이미징을 위한 센서는 컴팩트한 기술의 부족으로 인해 아직 널리 사용되지 않습니다. 따라서 이 분야의 새로운 개념적 돌파구는 우리의 일상생활에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 주변 조건에서 파장이 2마이크로미터보다 큰 단일 광자를 직접 감지하는 것은 현재 여전히 심각한 기술적 과제입니다.
현재 중적외선에서 원적외선을 감지하는 데 가장 널리 사용되는 기술은 마이크로볼로미터로 흡수된 방사선에서 생성된 열을 측정하는 소형 온도계 배열로 구성되어 있습니다. 이러한 검출기는 특히 느린 응답 시간과 희미한 방사선 신호를 감지할 수 없는 등 여러 가지 제한 사항이 있습니다.
Christophe Galland와 Tobias Kippenberg가 이끄는 EPFL 팀은 보이지 않는 방사선을 먼저 가시광선으로 변환한 다음 기존 기술로 감지하는 완전히 다른 경로를 따르는 새로운 감지 방법을 제안했습니다. 이 새로운 개념의 중심에는 하이브리드 금속-분자 나노구조가 있습니다. 금속은 분자에 적외선 복사를 집중시켜 진동을 일으키도록 변형됩니다. 진동하는 분자의 에너지는 다시 방사선으로 변환되지만 이번에는 가시광선으로 변환됩니다. Diego Martin-Cano(Max Planck Institute for Light, Erlangen, Germany)와 협력하여 설계된 이 하이브리드 나노구조는 장치를 적외선 파장보다 훨씬 작은 크기로 축소하면서 높은 변환 효율을 달성합니다.
