Une équipe de recherche de l’Université de Kyoto a considérablement avancé la technologie de spectroscopie infrarouge en intégrant une source de lumière quantique, surmontant ainsi les limitations précédentes des FTIR en termes de sensibilité et de taille. Cette avancée permet la création de scanners compacts et efficaces, capables d’identifier avec précision un large éventail de matériaux, établissant ainsi une nouvelle norme pour les appareils portables hautes performances dans divers domaines, notamment la surveillance environnementale, la médecine et la sécurité. Crédit : KyotoU/Shigeki Takeuchi
L’Université de Kyoto a développé la spectroscopie infrarouge quantique avec une bande passante plus large.
Notre compréhension du monde dépend en grande partie de notre compréhension de ses matériaux constitutifs et de la manière dont ils interagissent. Les progrès récents dans la science des matériaux ont considérablement amélioré notre capacité à détecter les substances chimiques et élargi l’éventail de leurs utilisations potentielles.
Une de ces technologies est spectroscopie infrarouge, utilisé pour l’identification moléculaire dans divers domaines, tels que la médecine, la surveillance environnementale et la production industrielle. Cependant, même le meilleur outil existant — le Spectromètre infrarouge à transformée de Fourier ou FTIR — utilise un élément chauffant comme source de lumière. Le bruit du détecteur qui en résulte dans la région infrarouge limite la sensibilité des appareils, tandis que les propriétés physiques entravent la miniaturisation.
Innovation quantique en spectroscopie
Aujourd’hui, une équipe de recherche dirigée par l’Université de Kyoto a résolu ce problème en intégrant une source de lumière quantique. Leur source innovante à ultra-large bande et à intrication quantique génère une gamme relativement plus large de photons infrarouges avec des longueurs d’onde comprises entre 2 μm et 5 μm.
« Cette réalisation ouvre la voie à une réduction spectaculaire de la taille du système et à une amélioration de la sensibilité du spectromètre infrarouge », déclare Shigeki Takeuchi du Département des sciences et de l’ingénierie électroniques.
Un autre éléphant dans la pièce avec les FTIR est la charge de transporter des équipements gigantesques et gourmands en énergie vers divers endroits pour tester les matériaux sur site. Takeuchi envisage un avenir dans lequel les scanners compacts, hautes performances et alimentés par batterie de son équipe mèneront à des applications faciles à utiliser dans divers domaines tels que la surveillance environnementale, la médecine et la sécurité.
« Nous pouvons obtenir des spectres pour divers échantillons cibles, notamment des solides durs, des plastiques et des solutions organiques. Shimadzu Corporation – notre partenaire qui a développé le dispositif de lumière quantique – a reconnu que les spectres de mesure à large bande étaient très convaincants pour distinguer les substances d’une large gamme d’échantillons », ajoute Takeuchi.
Mécanique quantique et applications à large bande
Bien que la lumière quantique intriquée ne soit pas nouvelle, la bande passante a jusqu’à présent été limitée à une plage étroite de 1 μm ou moins dans la région infrarouge. Cette nouvelle technique, quant à elle, utilise les propriétés uniques de la mécanique quantique, telles que la superposition et l’intrication, pour surmonter les limites des techniques conventionnelles.
L’équipe a développé indépendamment dispositif de quasi-adaptation de phase gazouillé génère une lumière intriquée quantique en exploitant chant — changer progressivement la valeur d’un élément période d’inversion de polarisation — pour générer du quantum photon paires sur une large bande passante.
« L’amélioration de la sensibilité de la spectroscopie infrarouge quantique et le développement de l’imagerie quantique dans la région infrarouge font partie de notre quête visant à développer des technologies quantiques réelles », remarque Takeuchi.
L’étude a été financée par le ministère de l’Éducation, de la Culture, des Sports, des Sciences et de la Technologie MEXT Q-LEAP, Core Research for Evolutional Science and Technology, le Cabinet Office, le gouvernement du Japon, le programme d’expansion stratégique des investissements publics/privés en R&D. , la Recherche Précurseuse pour la Science et la Technologie Embryonniques et la Société Japonaise pour la Promotion de la Science.
