Os físicos da EPFL propõem um novo caminho para detectar a radiação infravermelha com excelente sensibilidade, permitindo a detecção de sinais tão baixos quanto o de um único quantum de luz.

Ao usar nossa webcam ou câmera de telefone celular, experimentamos as tremendas capacidades de sensores baratos e compactos desenvolvidos nas últimas décadas para a região visível do espectro eletromagnético. Pelo contrário, A detecção de radiação de frequência mais baixa não visível ao olho humano (como radiação infravermelha média e distante) requer equipamentos complexos e caros. A falta de uma tecnologia compacta impede o amplo acesso a sensores para o reconhecimento de moléculas e a geração de imagens da radiação térmica emitida naturalmente por nosso corpo. Um novo avanço conceitual neste campo pode, portanto, ter impactos tremendos em nossas vidas diárias.

A técnica mais popular atualmente disponível para detectar radiação infravermelha média e distante consiste em bolômetros, que são constituídos por matrizes de pequenos termômetros que medem o calor produzido pela absorção da radiação. Eles têm muitas limitações, em particular sendo lento para responder e incapaz de detectar níveis fracos de radiação.

A nova abordagem proposta pela equipe da EPFL liderada por Christophe Galland e Tobias Kippenberg segue um caminho completamente diferente:primeiro converta a radiação invisível em luz visível, e então detectá-lo com as tecnologias existentes. No cerne do novo conceito estão as nanoestruturas de moléculas metálicas híbridas. O metal é feito sob medida para focar a radiação infravermelha nas moléculas, que são assim colocados em vibração. Próximo, a energia das moléculas vibrantes é novamente convertida em radiação, mas desta vez com uma frequência muito maior, no domínio visível. A nanoestrutura híbrida, projetado em colaboração com Diego Martin-Cano (Max-Planck Institute for Light, Erlangen, Alemanha), permite alta eficiência de conversão enquanto reduz o tamanho do dispositivo para dimensões significativamente menores do que o comprimento de onda da luz infravermelha.

Philippe Roelli, autor principal do estudo, destaca que, entre os vários avanços conceituais previstos por seu esquema, o aspecto mais intrigante diz respeito à sua sensibilidade potencial:"O baixo nível de ruído adicionado pela vibração molecular durante o processo de conversão permite a detecção de sinais extremamente fracos à temperatura ambiente. Com dispositivos avançados, prevemos alcançar a conversão limitada quântica e ter a oportunidade única de resolver o sinal de um único quanta de luz infravermelha. "

O estudo EPFL inspirará trabalhos futuros na interface entre as ciências de superfície, nanotecnologia e óptica quântica para promover o desenvolvimento de novos dispositivos com aplicações em sensoriamento infravermelho e imagem.