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中紅外振動(dòng)輔助發(fā)光示意圖。圖片來(lái)源：論文主要作者、伯明翰大學(xué)助理教授、羅希特·奇卡拉迪博士

科技日?qǐng)?bào)記者?張佳欣

據(jù)28日《自然·光子學(xué)》雜志報(bào)道，英國(guó)伯明翰大學(xué)和劍橋大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)了一種使用量子系統(tǒng)在室溫下探測(cè)中紅外（MIR）光的新方法，他們使用分子發(fā)射器將低能量MIR光子轉(zhuǎn)換為高能的可見光光子。這項(xiàng)創(chuàng)新方法能夠幫助科學(xué)家在單分子水平上進(jìn)行光譜分析，這標(biāo)志著科學(xué)家在深入了解化學(xué)和生物分子的能力方面的重大進(jìn)步。

研究人員解釋說(shuō)，維持分子中原子之間距離的鍵可像彈簧一樣振動(dòng)，同時(shí)這些振動(dòng)會(huì)在非常高的頻率下產(chǎn)生共振，它們可被人眼看不見的中紅外區(qū)域光激發(fā)。室溫下的鍵隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，因此，探測(cè)中紅外光的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是避免這種熱噪聲?，F(xiàn)代探測(cè)器依賴于能量密集型和體積龐大的冷卻半導(dǎo)體器件，但此次研究提出了一種在室溫下檢測(cè)這種光的新方法。

新方法被稱為中紅外振動(dòng)輔助發(fā)光（MIRVAL），它使用既能成為中紅外光又能成為可見光的分子。該團(tuán)隊(duì)將分子發(fā)射器組裝成一個(gè)非常小的等離子體腔，該腔在中紅外光和可見光范圍內(nèi)都是共振的。他們進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行了改造，使分子的振動(dòng)態(tài)和電子態(tài)能夠相互作用，從而有效地將中紅外光轉(zhuǎn)換為增強(qiáng)的可見光。

通過(guò)創(chuàng)造微腔，研究人員實(shí)現(xiàn)了低于1立方納米的極端光限制體積。微腔是一種由金屬面上的單原子缺陷形成的極小的空腔，可捕獲光線。這意味著該團(tuán)隊(duì)可將中紅外光限制到單個(gè)分子的規(guī)模。

該突破能夠加深科學(xué)家對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的理解，并打開紅外活性分子振動(dòng)的大門，這在單分子水平上通常是無(wú)法獲得的。除了純粹的科學(xué)研究外，MIRVAL還可在許多領(lǐng)域發(fā)揮作用，如實(shí)時(shí)氣體傳感、醫(yī)學(xué)診斷、天文測(cè)量和量子通信等。

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