นักวิจัยในสหรัฐฯ ได้สร้างอนุภาคนาโนที่ปล่อยคลื่นแสงซุปเปอร์ฟลูออเรสเซนต์ออกมาเป็นจังหวะที่อุณหภูมิห้อง โดยปกติ แสงที่ปล่อยออกมาจะถูกปรับแอนติ-สโตกส์ ซึ่งหมายความว่ามีความยาวคลื่นสั้นกว่า (และทำให้มีพลังงานสูงกว่า) กว่าความยาวคลื่นของแสงที่เริ่มการตอบสนอง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการแปลงค่าที่เพิ่มขึ้น อนุภาคนาโนชนิดใหม่นี้ ซึ่งทีมวิจัยได้ค้นพบในขณะที่มองหาเอฟเฟกต์แสงที่แตกต่างกัน สามารถสร้างตัวจับเวลา เซ็นเซอร์ และทรานซิสเตอร์ชนิดใหม่ในวงจรออปติคัลได้
“การปล่อยก๊าซที่เข้มข้นและรวดเร็วเช่นนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุบุกเบิกและแพลตฟอร์มนาโนเมดิซีนจำนวนมาก” หัวหน้าทีม ซวงฟางลิม of มหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ทแคโรไลนา บอก โลกฟิสิกส์. ตัวอย่างเช่น อนุภาคนาโนที่ถูกแปลงสภาพ (UCNPs) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานทางชีววิทยาตั้งแต่การตรวจวัดทางชีวภาพที่ปราศจากเสียงรบกวน ยานาโนที่มีความแม่นยำ และการถ่ายภาพเนื้อเยื่อลึก ไปจนถึงชีววิทยาของเซลล์ สรีรวิทยาของการมองเห็น และออพโตเจเนติกส์
ป้องกันออร์บิทัลอิเล็กตรอน
superfluorescence เกิดขึ้นเมื่ออะตอมหลาย ๆ อะตอมภายในวัสดุปล่อยแสงที่รุนแรงและสั้นออกมาพร้อมกัน ปรากฏการณ์ควอนตัมออปติคัลนี้แตกต่างไปจากการปล่อยไอโซโทรปิกที่เกิดขึ้นเองหรือการเรืองแสงปกติ ซึ่งทำได้ยากที่อุณหภูมิห้องและมีแนวโน้มว่าจะไม่นานพอที่จะมีประโยชน์ อย่างไรก็ตาม UCNP นั้นแตกต่างกัน สมาชิกในทีมกล่าว กังฮัน ของ โรงเรียนแพทย์มหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์ชาน. “ใน UCNP แสงจะถูกปล่อยออกมาจาก 4f การเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนซึ่งได้รับการปกป้องโดยออร์บิทัลของอิเล็กตรอนที่อยู่สูงกว่าซึ่งทำหน้าที่เป็น 'เกราะ' ซึ่งช่วยให้เกิดการเรืองแสงยิ่งยวดแม้ที่อุณหภูมิห้อง” ฮานอธิบาย
ในงานชิ้นใหม่นี้ ทีมงานได้สังเกตเห็น superfluorescence ในไอออนที่จับคู่กันภายในอนุภาคนาโนเดียวของ UCNPs ที่เจือด้วยแลนทาไนด์ที่อัดด้วยนีโอไดเมียมไอออน ซึ่งแตกต่างจาก superfluorescence ในวัสดุอื่น ๆ เช่น nanocrystals perovskite ที่ได้รับคำสั่งสูงหรือชุดประกอบจุดควอนตัมของเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้อนุภาคนาโนแต่ละตัวเป็นตัวปล่อยใน UCNP ที่เจือด้วยแลนทาไนด์แต่ละไอออนของแลนทาไนด์ในอนุภาคนาโนเดียวเป็นตัวปล่อยแต่ละตัว "อีซีแอลนี้สามารถโต้ตอบกับไอออนแลนทาไนด์อื่น ๆ เพื่อสร้างความเชื่อมโยงกันและอนุญาตให้มีการเรืองแสงเหนือกว่าสโตกส์กะทั้งในชุดอนุภาคนาโนแบบสุ่มและในนาโนคริสตัลเดี่ยวซึ่งในขนาดเพียง 50 นาโนเมตรเป็นสื่อ superfluorescence ที่เล็กที่สุดที่เคยสร้างมา" ลิมกล่าว
การซิงโครไนซ์เป็นสถานะมหภาคที่เหนียวแน่น
Kory Green สมาชิกในทีมกล่าวว่า "การเรืองแสงยิ่งยวดมาจากการประสานงานในระดับมหภาคของเฟสการปลดปล่อยของไอออนที่ตื่นเต้นในอนุภาคนาโนหลังจากที่พลังงานกระตุ้นถูกสะสม "ชีพจรเลเซอร์กระตุ้นไอออนภายในอนุภาคนาโนและสถานะเหล่านั้นไม่ได้รับการจัดระเบียบอย่างสอดคล้องกันในตอนแรก
"เพื่อให้เกิด superfluorescence ชุดไอออนที่ไม่เป็นระเบียบในขั้นต้นจะต้องซิงโครไนซ์เป็นสถานะ macroscopic ที่เหนียวแน่นก่อนที่จะปล่อย เพื่ออำนวยความสะดวกในการประสานงานนี้ โครงสร้างของนาโนคริสตัลและความหนาแน่นของไอออนนีโอไดเมียมจะต้องได้รับการคัดเลือกอย่างระมัดระวัง”
การแปลงอนุภาคนาโนที่เพิ่มขึ้นช่วยให้หนูมองเห็นในอินฟราเรด
การค้นพบซึ่งทีมงานรายงานใน Photonics ธรรมชาติเกิดขึ้นโดยบังเอิญในขณะที่ Lim และเพื่อนร่วมงานกำลังพยายามสร้างวัสดุที่หลอมละลาย นั่นคือวัสดุที่แสงที่ปล่อยออกมาจากอะตอมหนึ่งจะกระตุ้นอีกอะตอมหนึ่งให้ปล่อยแสงเดียวกันมากขึ้น พวกเขาสังเกตเห็น superfluorescence ซึ่งอะตอมที่ไม่ซิงโครไนซ์ในขั้นต้นจัดเรียงตัวแล้วปล่อยแสงเข้าด้วยกัน
Lim กล่าวว่า "เมื่อเรากระตุ้นวัสดุด้วยความเข้มของเลเซอร์ที่แตกต่างกัน เราพบว่าวัสดุดังกล่าวปล่อยแสงเรืองแสงยิ่งยวด 2 ครั้งในช่วงเวลาปกติสำหรับการกระตุ้นแต่ละครั้ง “และพัลส์ก็ไม่ลดลง – แต่ละพัลส์มีความยาว XNUMX นาโนวินาที ดังนั้น UCNP ไม่เพียงแต่แสดง superfluorescence ที่อุณหภูมิห้องเท่านั้น แต่ยังแสดงในลักษณะที่สามารถควบคุมได้ ซึ่งหมายความว่าคริสตัลสามารถใช้เป็นตัวจับเวลา, เซ็นเซอร์ประสาทหรือทรานซิสเตอร์ออปติคัลบนวงจรรวมโฟโตนิกเป็นต้น”
