Spektroskopi är ett viktigt observationsverktyg inom många vetenskaps- och industriområden. Infraröd spektroskopi är särskilt viktigt i kemins värld, där den används för att analysera och identifiera molekyler. Den nuvarande toppmoderna metoden kan göra cirka 1 miljon observationer per sekund. UTokyo -forskare har kraftigt överträffat denna siffra med en ny metod cirka 100 gånger snabbare.

Från klimatvetenskap till säkerhetssystem, tillverkning till kvalitetskontroll av livsmedel, infraröd spektroskopi används inom så många akademiska och industriella områden att det är allestädes närvarande, om än osynlig, del av vardagen. I huvudsak, infraröd spektroskopi är ett sätt att identifiera vilka molekyler som finns i ett prov av ett ämne med hög noggrannhet. Grundidén har funnits i decennier och har genomgått förbättringar längs vägen.

I allmänhet, infraröd spektroskopi fungerar genom att mäta infrarött ljus som överförs eller reflekteras från molekyler i ett prov. Provens inneboende vibrationer förändrar ljusets egenskaper på mycket specifika sätt, ger i huvudsak ett kemiskt fingeravtryck, eller spektra, som läses av en detektor och analysatorkrets eller dator. För femtio år sedan kunde de bästa verktygen mäta ett spektra per sekund, och för många tillämpningar var detta mer än tillräckligt.

På senare tid, en teknik som kallas dubbelkammspektroskopi uppnådde en mäthastighet på 1 miljon spektra per sekund. Dock, i många fall, snabbare observationer krävs för att producera finkorniga data. Till exempel vill vissa forskare utforska stadierna för vissa kemiska reaktioner som sker på mycket korta tidsskalor. Denna drivning fick docent Takuro Ideguchi från Institute for Photon Science and Technology, vid University of Tokyo, och hans team för att undersöka och skapa det snabbaste infraröda spektroskopisystemet hittills.

"Vi utvecklade världens snabbaste infraröda spektrometer, som kör med 80 miljoner spektra per sekund, "sa Ideguchi." Denna metod, tidssträckt infrarött spektroskopi, är ungefär 100 gånger snabbare än dubbelkammspektroskopi, som hade nått en övre hastighetsgräns på grund av känslighetsproblem. "Med tanke på att det finns cirka 30 miljoner sekunder på ett år, denna nya metod kan uppnå på en sekund vad 50 år sedan skulle ha tagit över två år.

Tidssträckt infrarött spektroskopi fungerar genom att sträcka en mycket kort puls av laserljus som överförs från ett prov. När den överförda pulsen sträcks, det blir lättare för en detektor och medföljande elektroniska kretsar att noggrant analysera. En viktig höghastighetskomponent som gör det möjligt är något som kallas en kvantkaskaddetektor, utvecklad av en av tidningens författare, Tatsuo Dougakiuchi från Hamamatsu Photonics.

"Naturvetenskap är baserad på experimentella observationer. Därför, nya mättekniker kan öppna nya vetenskapliga områden, "sade Ideguchi." Forskare inom många områden kan bygga vidare på det vi har gjort här och använda vårt arbete för att förbättra sin egen förståelse och observationsförmåga. "