Figura 1:Investigadores de la Universidad de Okayama han creado una nueva técnica espectroscópica de infrarrojos utilizando un metamaterial diseñado para mejorar la calidad de la señal. Los ensayos con una nanopelícula de polímero mostraron una clara absorción de IR a nivel de zeptomol, correspondiente a unos pocos miles de moléculas orgánicas. Crédito:Universidad de Okayama
La espectroscopia de absorción de infrarrojos (IR) juega un papel central en los materiales y las ciencias de la vida y la detección de seguridad para el análisis directo de huellas dactilares moleculares, incluyendo estructuras moleculares, composición, y medio ambiente.
Sin embargo, La inspección IR de cantidades extremadamente pequeñas de moléculas es un desafío debido al ruido IR de fondo, por tanto, existe una gran demanda para mejorar la calidad de la señal de esta técnica.
Ahora, Atsushi Ishikawa y Kenji Tsuruta en la Universidad de Okayama, en colaboración con RIKEN, Japón, han desarrollado un nuevo metamaterial, un material óptico diseñado, para manipular la luz IR de la manera deseada. El metamaterial podría aprovechar el ruido de fondo no deseado, aumentando así drásticamente la máxima capacidad de detección de la espectroscopia de infrarrojos.
Los investigadores idearon un diseño metamaterial asimétrico único, hecho de películas de oro de 20 nm sobre un sustrato de silicio (Fig.1) para rotar la polarización, esa es la orientación de las oscilaciones de las ondas IR, durante las mediciones. De este modo, las moléculas adheridas al metamaterial mostraron una polarización diferente a las demás, y los investigadores pudieron detectar solo la señal molecular objetivo al eliminar totalmente la luz de fondo no deseada.
Las capacidades del nuevo metamaterial se probaron identificando el estiramiento vibratorio de los dobles enlaces de óxido de carbono en una nanopelícula de poli (metacrilato de metilo) (PMMA). La medición mostró una clara absorción IR del estiramiento de óxido de carbono, logrando la sensibilidad del zeptomole con una calidad de señal dramáticamente mejorada (Fig.1).
El nuevo enfoque de metamateriales desarrollado por el equipo permitió mediciones de infrarrojos altamente detalladas de pequeñas moléculas a nivel de zeptomol. correspondiente a unos pocos miles de moléculas orgánicas. Los investigadores esperan que su nueva técnica abra las puertas al desarrollo de tecnologías de inspección IR ultrasensibles para aplicaciones sofisticadas. tales como monitoreo ambiental y análisis del aliento humano para diagnóstico.
