Un nouveau concept montrant comment convertir la lumière infrarouge en lumière visible ouvre la voie à une nouvelle technologie de détection à faible coût.
Une étude récente publiée dans la revue «Science» présente une nouvelle approche de la détection de la lumière infrarouge généralement invisible. Soutenues par les projets THOR, POSEIDON, PICOFORCE et BioNet financés par l’UE, ces recherches ouvrent la voie à des détecteurs infrarouges et à des techniques spectroscopiques rentables et à grande échelle pour la surveillance des émissions de gaz à effet de serre, le suivi des cancers et la télédétection de l’univers extérieur.
Les ondes infrarouges représentent la dernière bande du spectre électromagnétique avant la lumière visible. Bien que dans la plupart des cas invisible à l’œil humain, la lumière infrarouge peut être ressentie comme de la chaleur. La lumière infrarouge moyenne: la région située au milieu de la bande infrarouge, a une fréquence comprise entre 20 et 215 térahertz, émettant une chaleur modérée par rapport aux régions de l’infrarouge proche et lointain.
Pour détecter cette faible lumière infrarouge moyenne, les scientifiques utilisent actuellement des appareils coûteux et consommant beaucoup d’énergie qui doivent être refroidis à très basse température. Pour résoudre ce problème, l’équipe de recherche soutenue par l’UE a trouvé un moyen de convertir la lumière en fréquences visibles, où elle peut être facilement et efficacement détectée et mesurée.L’équipe a utilisé une seule couche de molécules pour piéger les multiples fréquences de la lumière infrarouge moyenne dans leurs liaisons chimiques vibrantes. Comme l’indique un communiqué de presse publié sur «ScienceDaily», les molécules vibrantes donnent leur énergie à la lumière visible qu’elles rencontrent, convertissant la fréquence des photons de l’infrarouge moyen en une fréquence plus élevée. Cette conversion ascendante génère des émissions lumineuses facilement détectables par les caméras actuelles à lumière visible.
Selon le communiqué de presse, le défi consistait à faire en sorte que les molécules vibrantes rencontrent la lumière visible assez rapidement. «Cela signifie que nous avons dû piéger la lumière très étroitement autour des molécules, en la comprimant dans des crevasses entourées d’or», explique l’auteur principal de l’étude, le Dr Angelos Xomalis, de l’Université de Cambridge, partenaire du projet THOR et POSEIDON et coordinateur du projet PICOFORCE.
Les chercheurs ont coincé des couches uniques de molécules entre un miroir et de minuscules morceaux d’or. «Il était difficile de piéger ces différentes couleurs de lumière en même temps, mais nous voulions trouver un moyen abordable et qui permette de produire facilement des dispositifs pratiques», observe dans le même communiqué le Dr Rohit Chikkaraddy, coauteur de l’étude et également rattaché à l’Université de Cambridge. En montrant qu’il est possible d’intégrer de tels détecteurs infrarouges sur des plaquettes de silicium, l’équipe a créé les premiers dispositifs réussis dans le domaine émergent de l’optomécanique moléculaire.
Jeremy Baumberg, professeur à l’Université de Cambridge et auteur correspondant de l’étude, décrit cette réalisation: «Cela revient à écouter des ondes sismiques lentes en les faisant entrer en collision avec une corde de violon pour obtenir un sifflement aigu facile à entendre, et cela, sans casser le violon.» Le projet THOR (TeraHertz detection enabled by mOleculaR optomechanics) prend fin en août 2022. POSEIDON (NanoPhOtonic devices applying SElf-assembled colloIDs for novel ON-chip light sources) et BioNet (Dynamical Redesign of Biomolecular Networks) se terminent en 2023, tandis que PICOFORCE (Pico-Photonic Forces at the Atomic Scale) s’achève en 2025.
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