최초로 달성한 상온 가시적외선

로힛 치카라디(Rohit Chikkaraddy)/ 버밍엄 대학교

구독함으로써 귀하는 언제든지 구독을 취소할 수 있는 이용 약관 및 정책에 동의하게 됩니다.

버밍엄 대학교와 영국 케임브리지 대학교 연구원들의 공동 노력으로 양자 시스템을 사용하여 실온에서 중적외선(MIR) 빛을 감지하는 데 도움이 되는 새로운 방법이 개발되었다고 보도 자료에서 밝혔습니다.

중적외선은 이름에서 알 수 있듯이 적외선 스펙트럼의 근파장과 원파장 사이, 가시광선 바로 바깥에 위치합니다. 중적외선 스펙트럼은 군사부터 환경, 의료 치료, 천체 연구에 이르기까지 다양한 응용 분야에 유용했기 때문에 특히 중요해졌습니다.

이러한 장치에 사용되는 감지기는 부피가 클 뿐만 아니라 에너지 집약적인 냉각 반도체에 의존합니다. 연구진은 상온에서 중적외선 검출을 가능하게 함으로써 다양한 분야의 연구 및 실용화 장치의 새로운 지평을 열었습니다.

과학자들이 화학 및 생물학적 분자의 구조를 연구할 때 중적외선을 사용하여 구성 원자 사이의 결합을 자극합니다. 이로 인해 결합이 고주파수에서 진동하게 됩니다.

과학자들은 과거에 저온에서 이 작업을 수행했지만 실온에서 이 작업을 수행한다는 것은 결합에서 볼 수 있는 무작위 움직임을 설명하여 추가적인 열 잡음을 발생시키는 것도 고려해야 함을 의미합니다.

열 잡음을 피하기 위해 버밍엄 대학교 물리학 조교수인 Rohit Chikkaraddy가 이끄는 연구팀은 분자 방출기를 작은 플라즈몬 공동으로 조립하여 MIR 및 가시 범위에서 공명하도록 했습니다.

MIR 진동 보조 발광(MIRVAL)이라고 불리는 이 접근 방식에는 분자 진동 상태와 전자 상태가 상호 작용하여 MIR 빛을 향상된 가시 발광으로 효율적으로 변환할 수 있도록 방출기를 설계하는 것도 포함됩니다.

피코캐비티를 생성하면 금속의 단일 원자 결함과 같은 가장 작은 소스로부터 빛을 트래핑할 수 있습니다. 연구원들은 또한 1 입방 나노미터 미만의 매우 작은 부피로 빛을 가두어 획득된 데이터의 해상도를 높일 수 있었습니다.

"가장 어려운 점은 세 가지 서로 다른 길이 척도, 즉 수백 나노미터에 달하는 가시 파장, 1나노미터 미만인 분자 진동, 1만 나노미터에 달하는 중적외선 파장을 결합하는 것이었습니다. 단일 플랫폼을 구축하고 효과적으로 결합합니다.”라고 Chikkaraddy는 보도 자료에서 말했습니다.

토리 아트/iStock

팀의 혁신은 이전에는 결코 달성할 수 없었던 매우 복잡한 시스템과 적외선 활성 분자 진동에 대한 이해를 단일 분자 수준까지 심화시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 이는 연구자들이 분자를 더 잘 연구하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 다양한 응용 분야에 대한 가능성도 열어줍니다.

Chikaraddy는 "MIRVAL은 실시간 가스 감지, 의료 진단, 천문 조사 및 양자 통신과 같은 다양한 용도를 가질 수 있습니다. 이제 MIR 주파수에서 개별 분자의 진동 지문을 볼 수 있기 때문입니다."라고 Chikaraddy는 덧붙였습니다.

실온 감지 기능은 현장에서의 응용과 추가 연구를 용이하게 하는 데도 도움이 됩니다. 미래의 발전은 양자 수준에서 원자를 조작하는 데 도움이 될 수 있는 장치로 발전할 것이라고 보도 자료는 말했습니다.

연구 결과는 오늘 Nature Photonics 저널에 게재되었습니다.