Частотний гребінець ідентифікує молекули кожні 20 наносекунд – Physics World

Частотні гребінці – спеціалізовані лазери, які діють як вимірювальна паличка для світла – зазвичай використовуються для ідентифікації невідомих молекул у зразку шляхом визначення частоти світла, яке вони поглинають. Однак, незважаючи на останні досягнення, ця техніка все ще не може записати спектри на наносекундному часовому масштабі, характерні для багатьох фізико-хімічних і біологічних процесів.

Дослідники в Національний інститут стандартів і технологій США (NIST) у Гейтерсбері, штат Меріленд, Toptica Photonics AG і Університет Колорадо, Боулдер тепер усунули цей недолік, розробивши систему частотної гребінки, яка може виявляти конкретні молекули у зразку кожні 20 наносекунд. Їхній подвиг означає, що цю технологію можна використовувати для вирішення проміжних етапів швидкоплинних процесів, таких як ті, що відбуваються в гіперзвукових реактивних двигунах і згортанні білків.

Виявлення молекулярних відбитків

У новій роботі керівник проекту NIST Девід Лонг і його колеги створили дві оптичні частотні гребінки в ближній інфрачервоній області електромагнітного спектру за допомогою електрооптичних модуляторів. Потім вони використали ці гребінці як лазер накачування для пристрою, відомого як оптичний параметричний осцилятор, який спектрально перетворює гребінці в середній інфрачервоний діапазон. Цей переклад важливий, оскільки середня інфрачервона область є місцем для багатьох сильних властивостей поглинання світла (зокрема в біоматеріалах), що її називають «областю відбитків пальців». Висока потужність і когерентність гребінців разом із широким відстанню їхніх частотних «зубців» дозволяють записувати ці форми молекулярних ліній на високій швидкості.

Окрім високої ефективності, нова установка також відносно проста. «Багато інших підходів до спектроскопії з подвійною гребінкою в середньому інфрачервоному діапазоні вимагали двох окремих гребінок, які повинні бути щільно з’єднані одна з одною», — пояснює Лонг. «Це означає значно підвищену складність експерименту. Більше того, попередні методики, як правило, не мали такої високої потужності або можливості налаштування відстані між гребінцями до достатньо великих значень».

Таке широке налаштування можливе, додає Лонг, тому що нова електрооптична гребінка має лише 14 «зубців» у порівнянні з тисячами або навіть мільйонами у звичайних частотних гребінок. Таким чином, кожен зубець має набагато більшу потужність і знаходиться далі від інших зубців за частотою, що призводить до чітких, сильних сигналів.

Настільний частотний гребінець досліджує білкові структури

«Гнучкість і простота нового методу є двома його головними перевагами», — каже він Світ фізики. «Як результат, він застосовний до широкого діапазону цілей вимірювання, включаючи дослідження хімічної кінетики та динаміки, науки про горіння, хімії атмосфери, біології та квантової фізики».

Надзвуковий CO₂ імпульси

В якості тесту дослідники використовували свою установку для вимірювання надзвукових імпульсів CO₂ виходячи з невеликого сопла в заповнену повітрям камеру. Вони змогли виміряти CO₂/повітря і спостерігайте, як CO₂ взаємодіючи з повітрям, створюючи коливання тиску повітря. Така інформація може бути використана для кращого розуміння процесів, що відбуваються в авіаційних двигунах, і таким чином сприяти розробці кращих.

Як продовження цих експериментів, які детально описано в Природа Фотоніка, дослідники кажуть, що тепер вони хотіли б вивчити інші науково цікаві хімічні системи.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/frequency-comb-identifies-molecules-every-20-nanoseconds/