I metodi ottici analitici sono fondamentali per la società moderna perché consentono l'identificazione rapida e sicura di sostanze allo stato solido, liquido o gassoso. Questi metodi si basano sull'interazione della luce con tali sostanze in modo differente nelle diverse parti dello spettro. Ad esempio, lo spettro ultravioletto permette di accedere direttamente alle transizioni elettroniche all'interno di una sostanza, mentre la regione dei terahertz è molto sensibile alle vibrazioni molecolari.
Un'immagine artistica dello spettro dell'impulso nel medio infrarosso sullo sfondo del campo elettrico che genera l'impulso
Nel corso degli anni, numerose tecnologie sviluppate hanno reso possibili l'iperspectroscopia e l'imaging, consentendo agli scienziati di osservare fenomeni come il comportamento delle molecole durante il ripiegamento, la rotazione o la vibrazione, al fine di comprendere i marcatori tumorali, i gas serra, gli inquinanti e persino le sostanze nocive. Queste tecnologie ultrasensibili si sono dimostrate utili in settori quali l'analisi degli alimenti, il rilevamento biochimico e persino il patrimonio culturale, e possono essere impiegate per studiare la struttura di reperti archeologici, dipinti o materiali scultorei.
Una sfida di lunga data è stata la mancanza di sorgenti luminose compatte in grado di coprire una gamma spettrale così ampia e con una luminosità sufficiente. I sincrotroni possono fornire una copertura spettrale, ma mancano della coerenza temporale dei laser e tali sorgenti luminose possono essere utilizzate solo in grandi impianti per utenti.
In un recente studio pubblicato su Nature Photonics, un team internazionale di ricercatori dell'Istituto Spagnolo di Scienze Fotoniche, del Max Planck Institute for Optical Sciences, della Kuban State University e del Max Born Institute for Nonlinear Optics and Ultrafast Spectroscopy, tra gli altri, ha presentato una sorgente di pilotaggio a infrarossi medi compatta e ad alta luminosità. Essa combina una fibra a cristallo fotonico ad anello anti-risonante gonfiabile con un innovativo cristallo non lineare. Il dispositivo fornisce uno spettro coerente da 340 nm a 40.000 nm con una luminosità spettrale da due a cinque ordini di grandezza superiore a quella di uno dei dispositivi di sincrotrone più brillanti.
Secondo i ricercatori, studi futuri sfrutteranno la breve durata degli impulsi della sorgente luminosa per eseguire analisi nel dominio del tempo di sostanze e materiali, aprendo nuove prospettive per metodi di misurazione multimodali in settori quali la spettroscopia molecolare, la chimica fisica o la fisica dello stato solido.
Data di pubblicazione: 16 ottobre 2023