Pieptene de frecvență identifică moleculele la fiecare 20 de nanosecunde – Physics World

Pieptenii de frecvență – lasere specializate care acționează ca un băț de măsurare pentru lumină – sunt utilizați în mod obișnuit pentru a identifica molecule necunoscute dintr-o probă prin detectarea frecvențelor de lumină pe care le absorb. Cu toate acestea, în ciuda progreselor recente, tehnica încă se luptă să înregistreze spectre pe scara de timp nanosecundă caracteristică multor procese fizico-chimice și biologice.

Cercetatorii de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie din SUA (NIST) în Gaithersbury, Maryland, Toptica Photonics AG si Universitatea din Colorado, Boulder au rezolvat acum acest dezavantaj prin dezvoltarea unui sistem de pieptene de frecvență care poate detecta molecule specifice dintr-o probă la fiecare 20 de nanosecunde. Fapta lor înseamnă că tehnologia ar putea fi folosită pentru a rezolva pașii intermediari în procesele cu mișcare rapidă, cum ar fi cei care apar în motoarele cu reacție hipersonice și plierea proteinelor.

Detectarea amprentelor moleculare

În noua lucrare, lider de proiect NIST David Long iar colegii au generat doi piepteni de frecvență optică în regiunea infraroșu apropiat a spectrului electromagnetic folosind modulatori electro-optici. Apoi au folosit acești piepteni ca laser-pompă pentru un dispozitiv cunoscut sub numele de oscilator optic parametric care traduce spectral pieptenii în infraroșu mijlociu. Această traducere este importantă deoarece regiunea infraroșu mijlociu găzduiește atât de multe caracteristici puternice de absorbție a luminii (în special în biomateriale), încât este cunoscută sub numele de „regiunea amprentei”. Puterea și coerența mare a pieptenilor, împreună cu distanța largă a „dinților” lor de frecvență, permit ca aceste forme de linii moleculare să fie înregistrate la viteze mari.

Pe lângă faptul că este foarte eficientă, noua configurație este și relativ simplă. „Multe alte abordări pentru spectroscopia cu pieptene dublu în infraroșu mijlociu au necesitat doi piepteni separati care trebuie să fie bine blocați unul pe altul”, explică Long. „Acest lucru înseamnă o complexitate experimentală mult crescută. În plus, tehnicile anterioare nu aveau în general o putere mare sau posibilitatea de a regla distanța dintre piepteni la valori suficient de mari.”

Această reglare la distanță mare este posibilă, adaugă Long, deoarece noul pieptene electro-optic are doar 14 „dinți”, în comparație cu mii sau chiar milioane pentru pieptenii de frecvență convenționali. Fiecare dinte are astfel o putere mult mai mare și este mai departe de ceilalți dinți ca frecvență, ceea ce are ca rezultat semnale clare, puternice.

Pieptene de frecvență de masă sondează structurile proteinelor

„Flexibilitatea și simplitatea noii metode sunt două dintre punctele sale forte majore”, spune el Lumea fizicii. „Ca rezultat, este aplicabil unei game largi de obiective de măsurare, inclusiv cinetică și dinamică chimică, știința arderii, chimia atmosferică, biologie și studii de fizică cuantică.”

CO supersonic₂ impulsuri

Ca test, cercetătorii și-au folosit configurația pentru a măsura impulsurile supersonice de CO₂ ieșirea dintr-o duză mică într-o cameră umplută cu aer. Au putut măsura CO₂raportul de amestec /aer și observați cum CO₂ a interacționat cu aerul pentru a crea oscilații ale presiunii aerului. Astfel de informații ar putea fi folosite pentru a înțelege mai bine procesele care au loc în motoarele de aeronave și pentru a ajuta astfel dezvoltarea unora mai bune.

Ca urmare a acestor experimente, care sunt detaliate în Natura Photonics, cercetătorii spun că ar dori acum să studieze alte sisteme chimice interesante din punct de vedere științific.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/frequency-comb-identifies-molecules-every-20-nanoseconds/