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La luz invisible se vuelve visible

La luz invisible se vuelve visible

Una nueva tecnología ha conseguido que la luz infrarroja pueda ser detectada por sensores convencionales, confirmando una vez más que la luz invisible puede hacerse visible.

En 2014, una investigación de la Universidad de Washington en San Luis descubrió que, en determinadas condiciones, el ojo humano puede ver luz infrarroja, un tipo de radiación electromagnética y térmica cuya longitud de onda no entra en nuestro espectro de visibilidad.

Ahora, investigadores de Reino Unido, Países Bajos, Suiza, España (Universitat Politècnica de València), China y Países Bajos, han convertido la luz infrarroja en un rango que puede ser detectada con sensores convencionales. Los resultados se detallan en dos artículos publicados en la revista Science.

Hace siete años, investigadores norteamericanos descubrieron que, bajo ciertas condiciones, la retina puede detectar la luz infrarroja.

Usaron células de retina de ratones y personas, y potentes láseres que emitían pulsos de luz infrarroja, y observaron que, cuando estos pulsos brillaban rápidamente, las células de la retina sensibles a la luz a veces recibían un ‘doble golpe’ de energía infrarroja. Cuando eso sucedía, el ojo era capaz de detectar dicha luz.

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Mirando más allá

En la nueva investigación, los científicos construyeron un dispositivo nanométrico que utiliza moléculas vibratorias para transformar la luz infrarroja media invisible en luz visible: puede extender la capacidad de visión de los detectores de luz visible, comúnmente disponibles y altamente sensibles, hasta llevarla al infrarrojo.

Lo consiguen agregando energía a la luz infrarroja con un mediador: pequeñas moléculas vibratorias. La luz infrarroja se dirige a las moléculas donde se convierte en energía vibratoria.

Simultáneamente, un rayo láser de mayor frecuencia incide en las mismas moléculas para proporcionar la energía extra y convertir la vibración en luz visible.

Para impulsar el proceso de conversión, las moléculas se intercalan entre nanoestructuras metálicas que actúan como antenas ópticas, al concentrar la luz infrarroja y la energía láser en las moléculas.

Resultado coherente

El resultado es coherente, destacan los investigadores en un comunicado de la EPFL: toda la información presente en la luz infrarroja original se asigna fielmente a la luz visible recién creada, aunque también reconocen que la eficiencia de conversión de luz del dispositivo sigue siendo muy baja y están trabajando en su mejora.

El objetico es detectar radiación en frecuencias donde normalmente es difícil (equipamiento caro, voluminoso, que requiere de temperaturas criogénicas), como el infrarrojo medio, realizando una conversión a frecuencias más altas, hasta el visible, donde sí hay detectores muy buenos y muy baratos, señala uno de los autores, Alejandro Martínez, catedrático de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV), a Tendencias21.

Y añade: este desarrollo abre la puerta a nuevos sistemas de detección para aplicaciones en imagen térmica, observación del universo, detección de contaminantes y gases de efecto invernadero, así como en análisis químico y biológico.

Aplicaciones imprevistas

Además, el hecho de poder detectar luz a frecuencias donde no es fácil hacerlo, incluso puede dar lugar a aplicaciones imprevistas, porque permitirá detectar de una forma más eficiente y con instrumentos más sencillos y baratos, la radiación de interés en dichos sistemas.

“Nuestro próximo objetivo es llegar a frecuencias más bajas, en la banda de los terahercios, donde no hay detectores eficientes que funcionen a temperatura ambiente, y para ello lo que haremos será cambiar la molécula”.

Y concluye Martínez: “además, lo queremos implementar en un chip de silicio, por lo que la tecnología sería muy barata y compatible con la microelectrónica”.

Cuestión de frecuencias

La luz es una onda electromagnética: consiste en campos eléctricos y magnéticos oscilantes que se propagan por el espacio.

Cada onda se caracteriza por su frecuencia, que se refiere al número de oscilaciones por segundo, medido en Hertz (Hz). Nuestros ojos pueden detectar frecuencias entre 400 y 750 billones de Hz (o terahercios, THz), que definen el espectro visible.

Los sensores de luz en las cámaras de los teléfonos móviles pueden detectar frecuencias de hasta 300 THz, mientras que los detectores utilizados para las conexiones a Internet a través de fibras ópticas son sensibles a alrededor de 200 THz.

A frecuencias más bajas, la energía transportada por la luz no es suficiente para activar fotorreceptores en nuestros ojos y en muchos otros sensores, lo cual es un problema dado que existe una gran cantidad de información disponible en frecuencias por debajo de 100 THz, el espectro del infrarrojo medio y lejano.

La nueva investigación aporta una ingeniosa solución a este problema, de la misma forma que los investigadores de la Universidad de Washington traspasaron una nueva frontera hace siete años, posibilitando la percepción infrarroja por el ojo humano, en determinadas condiciones.

Referencias

Continuous-wave frequency upconversion with a molecular optomechanical nanocavity. Wen Chen et al. Science, 2 Dec 2021, Vol 374, Issue 6572, pp. 1264-1267. DOI:10.1126/science.abk3106

Detecting mid-infrared light by molecular frequency upconversion in dual-wavelength nanoantennas. Angelos Xomalis et al. Science, 2 Dec 2021, Vol 374, Issue 6572, pp. 1268-1271. DOI: 10.1126/science.abk259

Foto superior: representación artística de cómo se realiza la conversión de luz infrarroja invisible en visible. La radiación infrarroja (puntos brillantes) se aprecia a través de sensores convencionales. Crédito: Nicolas Antille, EPFL.

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

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