미국의 연구원들은 실온에서 초형광광 펄스를 방출하는 나노입자를 만들었습니다. 비정상적으로 방출된 빛은 반-스토크스 이동(anti-Stokes shifted)으로, 반응을 시작하는 빛의 파장보다 짧은 파장(따라서 더 높은 에너지)을 가집니다(상향 변환으로 알려진 현상). 연구팀이 다른 광학 효과를 찾는 동안 발견한 새로운 나노 입자는 광학 회로에서 새로운 유형의 타이머, 센서 및 트랜지스터를 만드는 것을 가능하게 할 수 있습니다.
“이렇게 강렬하고 빠른 방출은 수많은 선구적인 재료와 나노의학 플랫폼에 완벽합니다.”라고 팀 리더가 말했습니다. 솽 팡 림 of 노스 캐롤라이나 주립 대학 말하다 물리 세계. "예를 들어, 상향 변환된 나노입자(UCNP)는 배경 잡음이 없는 바이오센싱, 정밀 나노의학 및 심부 조직 이미징에서 세포 생물학, 시각 생리학 및 광유전학에 이르는 생물학적 응용 분야에서 널리 사용되었습니다."
차폐 전자 궤도
초형광은 물질 내의 여러 원자가 동시에 짧고 강렬한 빛을 방출할 때 발생합니다. 이 양자 광학 현상은 등방성 자발적 방출 또는 일반 형광과 구별되며 실온에서 달성하기 어렵고 유용할 만큼 충분히 오래 지속되지 않는 경향이 있습니다. 그러나 UCNP는 다르다고 팀원은 말합니다. 강한 의 매사추세츠 대학교 찬 의과 대학. "UCNP에서 빛은 4에서 방출됩니다.f 상온에서도 초형광을 허용하는 '차폐' 역할을 하는 더 높은 위치의 전자 궤도에 의해 보호되는 전자 전이”라고 Han은 설명합니다.
새로운 연구에서 팀은 네오디뮴 이온으로 압축된 란탄족 도핑된 UCNP의 단일 나노입자 내에서 서로 결합하는 이온의 초형광을 관찰했습니다. 각 나노입자를 이미미터로 사용하는 고도로 정렬된 페로브스카이트 나노결정 또는 반도체 양자점 어셈블리와 같은 다른 재료의 초형광과 달리 란타나이드가 도핑된 UCNP에서는 단일 나노입자의 각 란타나이드 이온이 개별 이미터입니다. "이 에미터는 다른 란탄족 이온과 상호 작용하여 일관성을 확립하고 임의의 나노입자 어셈블리와 단일 나노결정 모두에서 스톡스-이동 방지 초형광을 허용할 수 있습니다. 이 초형광은 크기가 50 nm에서 지금까지 만들어진 것 중 가장 작은 초형광 매체입니다." 임은 말한다.
응집력 있는 거시적 상태로 동기화
"초형광은 여기 에너지가 침착된 후 나노입자에서 여기된 이온의 방출상의 거시적 조정에서 비롯됩니다."라고 팀 구성원인 Kory Green이 덧붙였습니다. “레이저 펄스는 나노입자 내의 이온을 여기시키고 이러한 상태는 처음에는 일관성 있게 조직되지 않습니다.
“초형광이 일어나기 위해서는 초기에 조직화되지 않은 이온 세트가 방출 전에 응집력 있는 거시적 상태로 동기화되어야 합니다. 이러한 조정을 용이하게 하려면 나노결정의 구조와 네오디뮴 이온의 밀도를 신중하게 선택해야 합니다.”
업컨버팅 나노입자로 생쥐가 적외선으로 볼 수 있음
팀이 보고한 발견 자연 Photonics, Lim과 동료들이 빛을 내는 물질, 즉 한 원자에서 방출된 빛이 다른 원자를 자극하여 같은 빛을 더 많이 방출하도록 만드는 물질을 만들려고 하는 동안 우연히 만들어졌습니다. 대신 그들은 초기에 동기화되지 않은 원자가 정렬된 다음 함께 빛을 방출하는 초형광을 관찰했습니다.
"우리가 다른 레이저 강도에서 물질을 여기시켰을 때, 우리는 각 여기에 대해 규칙적인 간격으로 2개의 초형광 펄스를 방출한다는 것을 발견했습니다."라고 Lim은 말합니다. “그리고 펄스는 저하되지 않습니다. 각 펄스의 길이는 XNUMX나노초입니다. 따라서 UCNP는 실온에서 초형광을 나타낼 뿐만 아니라 제어할 수 있는 방식으로 나타납니다. 이것은 결정이 예를 들어 광자 집적 회로에서 타이머, 신경 센서 또는 광 트랜지스터로 사용될 수 있음을 의미합니다."
