A nossa compreensão do mundo depende muito do nosso conhecimento dos seus materiais constituintes e das suas interacções. Os recentes avanços nas tecnologias da ciência dos materiais aumentaram a nossa capacidade de identificar substâncias químicas e expandiram as possíveis aplicações.



Uma dessas tecnologias é a espectroscopia infravermelha, usada para identificação molecular em diversas áreas, como medicina, monitoramento ambiental e produção industrial. No entanto, mesmo a melhor ferramenta existente – o espectrômetro infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) – utiliza um elemento de aquecimento como fonte de luz. O ruído resultante do detector na região infravermelha limita a sensibilidade dos dispositivos, enquanto as propriedades físicas dificultam a miniaturização.

Agora, uma equipa de investigação liderada pela Universidade de Quioto abordou este problema incorporando uma fonte de luz quântica. Sua fonte inovadora de banda ultra larga e emaranhada quântica gera uma gama relativamente mais ampla de fótons infravermelhos com comprimentos de onda entre 2 μm e 5 μm. A pesquisa é publicada na revista Optica .

“Essa conquista prepara o terreno para reduzir drasticamente o tamanho do sistema e atualizar a sensibilidade do espectrômetro infravermelho”, disse Shigeki Takeuchi, do Departamento de Ciência Eletrônica e Engenharia.

Outro elefante na sala com os FTIRs é o fardo de transportar equipamentos de tamanho gigantesco e que consomem muita energia para vários locais para testar materiais no local. Takeuchi vê um futuro onde os scanners compactos, de alto desempenho e operados por bateria de sua equipe levarão a aplicações fáceis de usar em vários campos, como monitoramento ambiental, medicina e segurança.

"Podemos obter espectros para várias amostras alvo, incluindo sólidos duros, plásticos e soluções orgânicas. A Shimadzu Corporation - nossa parceira que desenvolveu o dispositivo de luz quântica - concordou que os espectros de medição de banda larga foram muito convincentes para distinguir substâncias para uma ampla gama de amostras", acrescenta Takeuchi.

Embora a luz quântica emaranhada não seja nova, a largura de banda até agora foi limitada a uma faixa estreita de 1 μm ou menos na região infravermelha. Enquanto isso, esta nova técnica utiliza as propriedades únicas da mecânica quântica – como superposição e emaranhamento – para superar as limitações das técnicas convencionais.

O dispositivo de correspondência de quase fase chilreado desenvolvido de forma independente pela equipe gera luz emaranhada quântica aproveitando o chilrear - mudando gradualmente o período de reversão de polarização de um elemento - para gerar pares de fótons quânticos em uma ampla largura de banda.

“Melhorar a sensibilidade da espectroscopia quântica no infravermelho e desenvolver imagens quânticas na região infravermelha fazem parte de nossa busca para desenvolver tecnologias quânticas do mundo real”, diz Takeuchi.

Mais informações: Toshiyuki Tashima et al, espectroscopia infravermelha quântica de banda ultralarga, Optica (2023). DOI:10.1364/OPTICA.504450
Informações do diário: Óptica

Fornecido pela Universidade de Kyoto