Los físicos de EPFL proponen un nuevo camino para detectar la radiación infrarroja con una sensibilidad excepcional, permitiendo la detección de señales tan bajas como la de un solo cuanto de luz.

Al usar nuestra cámara web o la cámara del teléfono celular, experimentamos las tremendas capacidades de los sensores compactos y baratos desarrollados en las últimas décadas para la región visible del espectro electromagnético. De lo contrario, La detección de radiación de baja frecuencia que no es visible para el ojo humano (como la radiación del infrarrojo lejano y medio) requiere un equipo complejo y costoso. La falta de una tecnología compacta impide el acceso generalizado a sensores para el reconocimiento de moléculas y la formación de imágenes de la radiación térmica emitida naturalmente por nuestros cuerpos. Por tanto, un nuevo avance conceptual en este campo puede tener un impacto tremendo en nuestra vida diaria.

La técnica más popular actualmente disponible para detectar la radiación del infrarrojo medio y lejano consiste en bolómetros, que se componen de conjuntos de pequeños termómetros que miden el calor producido por la absorción de radiación. Tienen muchas limitaciones en particular, son lentos para responder e incapaces de detectar niveles débiles de radiación.

El enfoque novedoso propuesto por el equipo de EPFL dirigido por Christophe Galland y Tobias Kippenberg sigue una ruta completamente diferente:primero convertir la radiación invisible en luz visible, y luego detectarlo con tecnologías existentes. En el núcleo del nuevo concepto se encuentran las nanoestructuras híbridas de metal-molécula. El metal está diseñado para enfocar la radiación infrarroja en las moléculas, que de ese modo se ponen en vibración. Próximo, la energía de las moléculas vibrantes se convierte nuevamente en radiación, pero esta vez a una frecuencia mucho más alta, en el dominio visible. La nanoestructura híbrida, diseñado en colaboración con Diego Martin-Cano (Max-Planck Institute for Light, Erlangen, Alemania), permite una alta eficiencia de conversión al tiempo que reduce el tamaño del dispositivo a dimensiones significativamente más pequeñas que la longitud de onda de la luz infrarroja.

Philippe Roelli, autor principal del estudio, destaca que, entre los diversos avances conceptuales previstos por su esquema, el aspecto más intrigante se refiere a su sensibilidad potencial:"El bajo nivel de ruido agregado por la vibración molecular durante el proceso de conversión permite la detección de señales extremadamente débiles a temperatura ambiente. Con dispositivos avanzados, anticipamos alcanzar la conversión cuántica limitada y tenemos la oportunidad única de resolver la señal de cuantos únicos de luz infrarroja ".

El estudio EPFL inspirará trabajos futuros en la interfaz entre la ciencia de la superficie, nanotecnología y óptica cuántica para fomentar el desarrollo de dispositivos novedosos con aplicaciones en detección e imágenes infrarrojas.