Cómo convertir luz infrarroja en visible a bajo coste

Al atrapar la luz en pequeñas grietas de oro, investigadores han persuadido a las moléculas para que conviertan el infrarrojo invisible en luz visible, creando nuevos detectores de bajo costo.

Es difícil detectar la luz más allá del rango rojo visible de nuestros ojos, porque la luz infrarroja transporta muy poca energía en comparación con el calor ambiental a temperatura ambiente. Esto oscurece la luz infrarroja a menos que los detectores especializados se enfríen a temperaturas muy bajas, lo que es caro y consume mucha energía.

Ahora, investigadores dirigidos por la Universidad de Cambridge han demostrado un nuevo concepto en la detección de luz infrarroja, mostrando cómo convertirla en luz visible, que se detecta fácilmente.

En colaboración con colegas del Reino Unido (University College London), España (Universidad de Valencia) y Bélgica (Universidad de Leuven), el equipo utilizó una sola capa de moléculas para absorber la luz del infrarrojo medio dentro de sus enlaces químicos vibrantes. Estas moléculas en movimiento pueden donar su energía a la luz visible que encuentran, “convirtiéndola” en emisiones más cercanas al extremo azul del espectro, que luego pueden ser detectadas por las cámaras modernas de luz visible.

Los resultados, publicados en la revista Science, abren nuevas formas de bajo costo para detectar contaminantes, rastrear cánceres, verificar mezclas de gases y detectar de forma remota el universo distante.

El desafío al que se enfrentaron los investigadores fue asegurarse de que las moléculas temblorosas se encontraran con la luz visible lo suficientemente rápido. “Esto significaba que teníamos que atrapar la luz con mucha fuerza alrededor de las moléculas, apretándola en grietas rodeadas de oro”, dijo en un comunicado el primer autor Angelos Xomalis del Laboratorio Cavendish de Cambridge.

Los investigadores idearon una forma de intercalar capas moleculares individuales entre un espejo y pequeños trozos de oro, solo posible con “metamateriales” que pueden torcer y exprimir la luz en volúmenes mil millones de veces más pequeños que un cabello humano.

“Atrapar estos diferentes colores de luz al mismo tiempo fue difícil, pero queríamos encontrar una forma que no fuera costosa y pudiera producir fácilmente dispositivos prácticos”, dijo el coautor, el doctor Rohit Chikkaraddy del Laboratorio Cavendish, quien diseñó el experimentos basados en sus simulaciones de luz en estos bloques de construcción.

“Es como escuchar ondas sísmicas de ondulación lenta chocando con la cuerda de un violín para obtener un silbido alto que sea fácil de escuchar y sin romper el violín”, dijo el profesor Jeremy Baumberg del Centro de NanoPhotónica en el Laboratorio Cavendish de Cambridge, quien dirigió el investigar.

Los investigadores enfatizan que, si bien es temprano, hay muchas formas de optimizar el rendimiento de estos detectores moleculares económicos, que luego pueden acceder a información rica en esta ventana del espectro.

Desde observaciones astronómicas de estructuras galácticas hasta detección de hormonas humanas o signos tempranos de cánceres invasivos, muchas tecnologías pueden beneficiarse de este nuevo avance detector.

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