محققان در ایالات متحده نانوذراتی ساخته اند که پالس های نور سوپرفلورسنت را در دمای اتاق ساطع می کنند. به طور غیرمعمول، نور ساطع شده ضد تغییر استوکس است، به این معنی که طول موج کوتاه‌تری (و در نتیجه انرژی بالاتر) نسبت به طول موج نوری دارد که پاسخ را آغاز می‌کند - پدیده‌ای که به عنوان تبدیل بالا شناخته می‌شود. نانوذرات جدید، که تیم در حالی که به دنبال اثر نوری متفاوتی بودند، کشف کردند، می‌توانند انواع جدیدی از تایمرها، حسگرها و ترانزیستورها را در مدارهای نوری ایجاد کنند.
رهبر تیم "چنین انتشار شدید و سریع برای مواد پیشرو و پلت فرم های نانوپزشکی بسیار عالی است." شوانگ نیش لیم of دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی می گوید دنیای فیزیک. به عنوان مثال، نانوذرات تبدیل‌شده (UCNPs) به‌طور گسترده در کاربردهای بیولوژیکی از سنجش زیستی بدون نویز پس‌زمینه، نانوپزشکی دقیق و تصویربرداری عمیق بافت، تا زیست‌شناسی سلولی، فیزیولوژی بصری و اپتوژنتیک استفاده شده‌اند.
محافظ اوربیتال های الکترونی
سوپرفلورسانس زمانی اتفاق می افتد که اتم های متعدد درون یک ماده به طور همزمان یک انفجار کوتاه و شدید نور ساطع می کنند. این پدیده کوانتومی-اپتیکی از گسیل خود به خودی همسانگرد یا فلورسانس معمولی متمایز است، در دمای اتاق به سختی به دست می آید و به اندازه کافی دوام نمی آورد تا مفید باشد. عضو تیم می گوید، با این حال، UCNP ها متفاوت هستند باند هان از دانشکده پزشکی چان دانشگاه ماساچوست. در یک UCNP، نور از 4 ساطع می شودf هان توضیح می‌دهد که انتقال‌های الکترونی که توسط اوربیتال‌های الکترونی بلندتر محافظت می‌شوند که به عنوان یک «سپر» عمل می‌کنند و امکان ابرفلورسانس را حتی در دمای اتاق فراهم می‌کنند.
در کار جدید، تیم فوق فلورسانس را در یون‌هایی مشاهده کردند که در یک نانوذره از UCNPهای دوپ شده با لانتانید فشرده شده با یون نئودیمیم با یکدیگر جفت می‌شوند. برخلاف سوپرفلورسانس در مواد دیگر، مانند نانوکریستال‌های پروسکایت بسیار مرتب یا مجموعه‌های نقاط کوانتومی نیمه‌رسانا که از هر نانوذره به‌عنوان تابش‌کننده استفاده می‌کنند، در UCNPهای دوپ‌شده با لانتانید، هر یون لانتانید در یک نانوذره منفرد یک تابشگر منفرد است. سپس این تابشگر می‌تواند با دیگر یون‌های لانتانید تعامل داشته باشد تا انسجام ایجاد کند و امکان ابرفلورسانس ضد تغییر استوکس را هم در مجموعه‌های نانوذرات تصادفی و هم در نانوبلورهای منفرد فراهم کند که با اندازه تنها 50 نانومتر کوچک‌ترین رسانه سوپرفلورسانس هستند که تا به حال ایجاد شده‌اند. لیم می گوید.
همگام سازی در یک حالت ماکروسکوپی منسجم
کوری گرین، عضو تیم، می‌افزاید: «ابر فلورسانس از هماهنگی ماکروسکوپی فازهای گسیل‌کننده یون‌های برانگیخته در نانوذره پس از رسوب انرژی تحریک ناشی می‌شود.» پالس لیزر یون‌های درون نانوذره را تحریک می‌کند و این حالت‌ها در ابتدا به طور منسجمی سازمان‌دهی نمی‌شوند.
برای اینکه سوپرفلورسانس اتفاق بیفتد، مجموعه یون‌های نابسامان اولیه باید قبل از گسیل در حالت ماکروسکوپی منسجم هماهنگ شوند. برای تسهیل این هماهنگی، ساختار نانوکریستال و چگالی یون‌های نئودیمیم باید با دقت انتخاب شود.
نانوذرات تبدیل کننده بالا به موش ها اجازه می دهد در مادون قرمز ببینند
کشفی که تیم در آن گزارش می دهد طبیعت فوتونیک، به طور تصادفی در حالی ساخته شد که لیم و همکارانش در تلاش بودند تا موادی بسازند که لیزر کنند - یعنی موادی که در آنها نور ساطع شده توسط یک اتم اتم دیگر را تحریک می کند تا مقدار بیشتری از همان نور را ساطع کند. در عوض، آنها سوپرفلورسانس را مشاهده کردند که در آن اتم‌های ناهمگام اولیه در یک راستا قرار می‌گیرند، سپس با هم نور ساطع می‌کنند.
لیم می‌گوید: «وقتی ماده را با شدت‌های مختلف لیزر برانگیختیم، متوجه شدیم که سه پالس سوپرفلورسانس را در فواصل منظم برای هر تحریک منتشر می‌کند. و پالس ها کاهش نمی یابند – هر پالس 2 نانوثانیه طول دارد. بنابراین UCNP نه تنها در دمای اتاق سوپرفلورسانس را نشان می‌دهد، بلکه این کار را به گونه‌ای انجام می‌دهد که قابل کنترل باشد. این بدان معناست که کریستال ها می توانند به عنوان تایمر، حسگرهای عصبی یا ترانزیستورهای نوری در مدارهای مجتمع فوتونیک استفاده شوند.
