英国伯明翰大学和剑桥大学的研究人员开发了一种在室温下检测中红外（ mid-infrared，MIR）光的新方法。这种革命性的方法被称为MIR振动辅助发光（ MIR Vibrationally-Assisted Luminescence, MIRVAL），有应用于包括气体传感、医疗诊断、天文测量和量子通信等领域。
什么是中红外光？
中红外光的光谱范围位于红外光谱的近波长和远波长之间，而在可见光领域之外。传统上，中红外光检测依赖于冷却的半导体，这些半导体不仅笨重，而且耗能。在室温下检测中红外光的能力改变了这种情况，为中红外光的研究和实际应用开辟了新的可能性。
MIRVAL背后的科学
由助理教授Rohit Chikkaraddy领导的研究团队应对了通常在室温下发生的热噪声的挑战。他们使用放置在小等离子体腔中的分子发射器，目的是在中红外光和可见光范围内共振。通过设计这些发射器，该团队使其分子振动状态和电子状态能够高效地相互作用。这种相互作用导致中红外光转化为增强的可见光，从而允许检测到中红外光，而无需冷却。
此外，研究人员创造了可以捕获来自极小光源的光的微腔体（picocavity），例如金属中的单原子缺陷。这些微腔体允许将光限制在甚至小于一立方纳米的体积中，从而显著提高了所获得数据的分辨率。
多种可能的应用
气体传感
MIRVAL技术可以使气体传感器更准确的实时监控。其室温操作能力消除了对笨重、冷却的半导体的需求，使传感器更加便携，是工业环境的理想选择。
医疗诊断
在医学领域，MIRVAL可以导致高分辨率的非侵入性诊断测试，能够在早期阶段检测疾病。
天文观测
这种新方法提供的高灵敏度和分辨率可以显著改善用于深空分析的望远镜。这可能会导致更详细的天文调查，并更好地了解黑洞和恒星形成等复杂的宇宙现象。
量子通信
MIRVAL有可能通过提供更高的带宽和更安全的数据传输来增强量子通信系统。室温操作可以降低这些系统的能源要求，这是大规模实施应用的关键因素。
挑战和未来前景
这项研究最具挑战性的方面之一是将不同的长度尺度波长的信号（可见光波长、分子振动播出和中红外波长）集成到一个平台上。尽管存在这些挑战，但团队的突破可以加深我们对高度复杂系统的理解，以及对单分子水平的红外响应分子震动（infrared active molecular vibrations）的理解。