中红外分子振动的室温检测（MIR，λ = 3–30 µm）具有许多应用，包括实时气体传感、医学成像和量子通信。然而，由于热噪声的限制，现有技术依赖于冷却的半导体探测器。克服这一挑战的一种方法是将低能MIR光子上转换为高能可见波长（λ = 500–800 nm），其中使用硅技术容易实现对单个光子的检测。然而，该工艺存在弱横截面和MIR与可见光波长不匹配的问题，限制了其效率。鉴于此，来自剑桥大学物理系的Jeremy J. Baumberg和Rohit Chikkaraddy等人通过弗兰克-康登因子耦合，探索了同时具有分子振动和电子态的MIR和可见跃迁的分子发射体。

文章要点：

1) 该研究通过将分子组装到在MIR和可见光波长下共振的等离子体纳米腔中，并在电子吸收带以下对其进行光学泵浦，成功展示了MIR光的转导，且观察到了上转换的信号变为增强的可见光发光；

2) 此外，将Purcell增强的可见光发光与增强的振动泵浦速率相结合，研究可获得>10%的转导效率，MIR频率相关的上转换给出了组装在纳米腔中的分子的振动特征，且瞬态皮腔的形成进一步将MIR光限制在单分子水平，这使得研究能够证实以前任何检测器都无法实现的单分子MIR检测和光谱学。

参考资料：

Chikkaraddy, R., Arul, R., Jakob, L.A. et al. Single-molecule mid-infrared spectroscopy and detection through vibrationally assisted luminescence. Nat. Photon. (2023).

10.1038/s41566-023-01263-4

https://doi.org/10.1038/s41566-023-01263-4