科学家展示检测红外光的新概念显示如何将其转化为易于检测的可见光

检测我们眼睛可见光范围以外的光线是很难做到的，因为与室温下的环境热量相比，红外光携带的能量太少。除非将专门的探测器冷却到非常低的温度，否则红外光就会被遮蔽，这既昂贵又耗能。现在，由剑桥大学领导的研究人员已经展示了检测红外光的新概念，显示了如何将其转化为易于检测的可见光。

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在与来自英国、西班牙和比利时的研究人员的合作下，该团队利用单层分子在其振动的化学键内吸收中红外光。这些振动的分子可以将它们的能量“捐献”给它们遇到的可见光，将其"向上转换"为更接近光谱蓝色端的发射，然后可以被现代可见光相机检测到。

《科学》杂志报道的这一结果为感知污染物、追踪癌症、检查气体混合物和远程感知外部宇宙开辟了新的低成本途径。

研究人员面临的挑战是确保颤动的分子足够快地遇到可见光。来自剑桥大学卡文迪什实验室的第一作者Angelos Xomalis说：“这意味着我们必须将光真正紧紧地困在分子周围，将其挤压到由黄金包围的缝隙中。”

研究人员设计了一种将单分子层夹在镜子和小块黄金之间的方法，只有"超材料"才能做到这一点，它能将光扭曲并挤压到比只有人类头发十亿分之一的体积中。

“同时捕获这些不同颜色的光是很难的，但我们想找到一种不昂贵的方法，并且可以很容易地生产出实用的设备，”来自卡文迪许实验室的共同作者Rohit Chikkaraddy博士说，他根据他对这些构件中的光的模拟设计了这些实验。

领导这项研究的剑桥大学卡文迪许实验室纳米光子学中心的Jeremy Baumberg教授说：“这就像聆听缓慢的地震波，通过与小提琴弦的碰撞来获得容易听到的高音，而且不会弄坏小提琴。”

研究人员强调，虽然现在还处于早期阶段，但有很多方法可以优化这些廉价的分子探测器的性能，然后可以在光谱的这个窗口获得丰富的信息。从星系结构的天文观测到感知人类激素或入侵性癌症的早期迹象，许多技术都可以从这种新的探测器的进步中受益。

这项研究由来自剑桥大学、鲁汶大学、伦敦大学学院（UCL）、法拉第研究所和瓦伦西亚理工大学的科学家们组成的一个团队进行。

这项研究是英国工程和物理科学研究委员会（EPSRC）对剑桥纳米光子学中心投资的一部分，也是欧洲研究委员会（ERC）、剑桥大学三一学院和鲁汶大学的资助。

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