Un nuovo progresso promette di aumentare la sensibilità degli spettrometri ad alta risoluzione che eseguono analisi chimiche utilizzando lunghezze d'onda terahertz. Questa maggiore sensibilità potrebbe giovare a molte applicazioni, come l'analisi delle complesse miscele di gas presenti nelle emissioni industriali e il rilevamento di biomarcatori di malattia nel respiro dei pazienti. Potrebbe anche portare a nuovi modi per rilevare il deterioramento degli alimenti attraverso il rilevamento dei gas.

In ottica , La rivista della Optical Society (OSA) per la ricerca ad alto impatto, i ricercatori guidati da Gaël Mouret dell'Université du Littoral-Côte d'Opale in Francia segnalano una nuova cavità ottica ad alte prestazioni per frequenze terahertz. Hanno usato questa cavità per dimostrare la prima convincente spettroscopia potenziata con cavità eseguita con frequenze terahertz.

Le frequenze terahertz si trovano tra le microonde e le onde luminose infrarosse sullo spettro elettromagnetico. Per l'analisi spettroscopica dei gas, Le frequenze terahertz migliorano la capacità di distinguere tra le molecole in un campione e di rilevare un'ampia varietà di molecole. Però, la tecnologia necessaria per sfruttare appieno queste frequenze è ancora in fase di sviluppo.

"Diversi studi hanno utilizzato frequenze terahertz per analizzare i gas industriali emessi nell'atmosfera, ma sono stati tutti ostacolati da una mancanza di sensibilità, " ha detto il membro del team di ricerca Francis Hindle. "La nostra nuova cavità ottica amplierà i tipi di molecole che possono essere identificate con la spettroscopia in fase gassosa terahertz e migliorerà il livello di rilevamento fattibile".

Sensibilità crescente

I ricercatori hanno utilizzato nuovi componenti disponibili per costruire una cavità ottica terahertz ad alta finezza, una disposizione di specchi e una guida d'onda che confina la luce in modo che rifletta più volte. Le cavità ottiche ad alta finezza mostrano una perdita di luce molto bassa e quindi consentono alla luce di rimbalzare tra gli specchi più volte prima di uscire dalla cavità. I nuovi componenti includevano una guida d'onda ondulata circolare a bassa perdita e due specchi fotonici altamente riflettenti appositamente progettati per funzionare bene a frequenze terahertz.

Per la spettroscopia a cavità migliorata, una miscela di gas viene posta nella cavità ottica dove interagisce con la luce all'interno. La nuova cavità consente alle onde terahertz di rimbalzare avanti e indietro circa 3000 volte prima di uscire. Ciò significa che le molecole in analisi interagiscono con le frequenze terahertz su una distanza effettiva di circa un chilometro all'interno di un risonatore lungo solo 50 centimetri. Mentre le onde rimbalzano intorno, possono essere assorbiti molte volte da qualsiasi molecola presente, consentendo una misurazione molto sensibile.

"Una cavità con questa finezza non era precedentemente disponibile a frequenze terahertz, " ha detto Hindle. "Questo progresso consente di applicare frequenze terahertz a molte tecniche altamente sensibili già utilizzate nell'infrarosso".

Rilevamento di molecole rare

Per dimostrare la spettroscopia potenziata dalla cavità di un gas con il loro nuovo dispositivo, i ricercatori hanno analizzato un campione di gas solfuro di carbonile, che si trova naturalmente nell'atmosfera. Sebbene il campione di gas contenesse molti isotopi di solfuro di carbonile, i ricercatori sono riusciti a misurare un isotopo molto raro presente alla concentrazione di una sola molecola ogni 50, 000 molecole. La misurazione dei rapporti di diversi isotopi chimici in un campione può essere utilizzata per determinare la fonte di un inquinante.

I ricercatori hanno in programma di espandere la gamma di frequenze per lo spettrometro in modo che possa essere utilizzato per analizzare molecole e miscele ancora più complesse.

"La nostra ricerca mostra che ora è possibile costruire facilmente cavità terahertz ad alta finezza e utilizzarle per la misurazione di gas ad alta risoluzione, " ha detto Hindle. "Ciò potrebbe contribuire a migliorare il monitoraggio di una grande varietà di gas presenti in quantità molto basse per applicazioni dall'inquinamento ambientale e industriale alla medicina".