Işık bir elektromanyetik dalgadır. Uzay-da salınım yaparak yayılan elektrik ve manyetik alanlardan oluşur. Her dalganın saniyedeki salınım sayısı, yani frekansı, O dalgayı karakterize eden bir bilgidir ve frekans, Hertz (Hz) cinsinden ölçülür. Gözlerimiz 400 ile 750 trilyon Hz (veya Terahertz, THz) arasındaki frekansları görebilir ve bu aralık, görünür spektrum olarak adlandırılır. Cep telefonu kameralarındaki ışık sensörleri 300 THz’e kadar olan frekansları algılayabi-lirken, fiber optik internet bağlantıları için kullanılan algılayıcılar, yaklaşık 200 THz’e duyarlıdır.
Daha düşük frekanslardaki ışık tarafından taşınan enerji, gözlerimizde ve diğer birçok sensörde bulunan fotoreseptörleri tetiklemek için yeterli değil. Ancak, 100 THz’in altındaki frekanslarda (orta ve uzak kızılötesi spektrum) da zengin bilgiler bulunduğundan dolayı, bu eksiklik bir sorun oluşturuyor. Örneğin, yüzey sıcaklığı 20 derece olan bir cisim, 10 THz’e kadar kızılötesi ışık ya-yar ve bu ışık ancak termal görüntüleme ile “görülebiliyor”. Ayrıca, kimyasal ve biyolojik maddeler, kızılötesinde farklı emilim bantlarına sahip olduğundan dolayı onları sayısız uygulamaya sahip olan kızılötesi spektroskopi ile uzaktan bir şekilde tanımlayabiliyoruz.
EPFL, Wuhan Teknoloji Enstitüsü, Valencia Politeknik Üniversitesi ve Hollanda’daki AMOLF’deki bilim insanları, kızılötesi ışığın frekansını görünür ışığınkiyle değiştirerek onu algılamak için yeni bir yol geliştirdiler. Cihaz, yaygın olarak kullanılan hassas görünür ışık dedektörlerin algılama kapasitesini kızılötesine kadar genişletebiliyor. Bu yeni buluş, Science dergisinde yayınlandı. Frekans dönüşümü oldukça zor. Işığın frekansı, enerjinin korunumu yasası nedeniyle ışığı bir yüzeye yansıtarak veya bir malzemeden geçirerek kolayca değiştirilemeyecek kadar temel bir bileşen. Araştırmacılar bu sorunu çözmek için kızılötesi ışığa bir aracı ile enerji eklediler: Minik, titreşen moleküller. Kızılötesi ışık, moleküllere yönlendiriliyor ve burada titreşim enerjisine dönüştürülüyor. Aynı anda, daha yüksek frekanslı bir lazer ışını, aynı moleküllere çarparak ekstra enerji yüklüyor ve titreşimi görünür ışığa dönüş-türüyor. Moleküller, kızılötesi ışığı ve lazer enerjisini moleküllere yoğunlaştıran optik antenler gibi davranan metalik nano yapılar arasına sıkıştırılarak dönüşüm süreci hızlandırılıyor. Çalışmayı yöneten EPFL’in School of Basic Sciences bölümünden Profesör Christophe Galland, “Yeni cihazın birçok çekici özelli-ği var” diyor. “Öncelikle, dönüşüm süreci tutarlı, yani orijinal kızılötesi ışıkta bulu-nan tüm bilgiler korunuyor ve yeni yara-tılan görünür ışığın içinde de bulunuyor. Böylece yüksek çözünürlüklü kızılötesi spektroskopiyi cep telefonu kameralarında bulunan standart dedektörlerle de gerçek-leştirilmek mümkün oluyor. İkincisi, her cihaz sadece birkaç mikrometre uzunluk-ta ve genişlikte olduğundan dolayı büyük piksel dizilerinin içine yerleştirilebiliyorlar. Son olarak, bu yöntem çok yönlü olduğun-dan dolayı farklı titreşim modlarına sahip moleküller seçilerek farklı frekanslara uyarlanabiliyor.” Çalışmanın ilk yazarı Dr. Wen Chen, “Ancak cihazın ışık dönüştürme verimlili-ği henüz hala çok düşük” diyor. “Şu anda çalışmalarımızı bu verimliliği geliştirmeye odakladık.” Bu adım, ticari uygulamalara giden yolu açmak için anahtar öneme sahip.