Los peines de frecuencia (láseres especializados que actúan como una vara de medir la luz) se utilizan comúnmente para identificar moléculas desconocidas en una muestra al detectar qué frecuencias de luz absorben. Sin embargo, a pesar de los avances recientes, la técnica todavía tiene dificultades para registrar espectros en la escala de tiempo de nanosegundos característica de muchos procesos fisicoquímicos y biológicos.

Los investigadores de la Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. (NIST) en Gaithersbury, Maryland, Toptica Fotónica AG y del Universidad de Colorado, Boulder Ahora han abordado este inconveniente desarrollando un sistema de peine de frecuencia que puede detectar moléculas específicas en una muestra cada 20 nanosegundos. Su hazaña significa que la tecnología podría usarse para resolver pasos intermedios en procesos rápidos, como los que ocurren en los motores a reacción hipersónicos y el plegamiento de proteínas.

Detección de huellas dactilares moleculares

En el nuevo trabajo, líder del proyecto NIST. David Long y sus colegas generaron dos peines de frecuencia óptica en la región del infrarrojo cercano del espectro electromagnético utilizando moduladores electroópticos. Luego utilizaron estos peines como láser de bombeo para un dispositivo conocido como oscilador óptico paramétrico que traduce espectralmente los peines al infrarrojo medio. Esta traducción es importante porque la región del infrarrojo medio alberga tantas características fuertes de absorción de luz (particularmente en biomateriales) que se la conoce como la "región de las huellas dactilares". La alta potencia y coherencia de los peines, junto con el amplio espaciado de sus "dientes" de frecuencia, permiten registrar estas formas de líneas moleculares a altas velocidades.

Además de ser muy eficaz, la nueva configuración también es relativamente sencilla. "Muchos otros enfoques para la espectroscopia de doble peine en el infrarrojo medio requerían dos peines separados que debían estar firmemente unidos entre sí", explica Long. “Esto significa una complejidad experimental mucho mayor. Es más, las técnicas anteriores generalmente no tenían una potencia tan alta ni la posibilidad de ajustar el espaciado de los peines a valores suficientemente grandes”.

Esta sintonización ampliamente espaciada es posible, añade Long, porque el nuevo peine electroóptico sólo tiene 14 "dientes", en comparación con los miles o incluso millones de los peines de frecuencia convencionales. Por lo tanto, cada diente tiene una potencia mucho mayor y está más alejado de los demás dientes en frecuencia, lo que da como resultado señales claras y fuertes.

“La flexibilidad y simplicidad del nuevo método son dos de sus principales puntos fuertes”, afirma. Mundo de la física. "Como resultado, es aplicable a una amplia gama de objetivos de medición, incluida la cinética y dinámica química, la ciencia de la combustión, la química atmosférica, la biología y los estudios de física cuántica".

CO supersónico₂ pulsos

Como prueba, los investigadores utilizaron su configuración para medir pulsos supersónicos de CO.₂ saliendo de una pequeña boquilla en una cámara llena de aire. Pudieron medir el CO₂relación de mezcla /aire y observar cómo el CO₂ interactuó con el aire para crear oscilaciones de presión del aire. Esta información podría utilizarse para comprender mejor los procesos que ocurren en los motores de los aviones y así ayudar al desarrollo de otros mejores.

Como seguimiento de estos experimentos, que se detallan en Nature Photonics, los investigadores afirman que ahora les gustaría estudiar otros sistemas químicos científicamente interesantes.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/frequency-comb-identifies-molecules-every-20-nanoseconds/