ABD'deki araştırmacılar, oda sıcaklığında süperfloresan ışık darbeleri yayan nanoparçacıklar yarattılar. Alışılmadık bir şekilde, yayılan ışık anti-Stokes kaymasıdır, yani tepkiyi başlatan ışığın dalga boyundan daha kısa bir dalga boyuna (ve dolayısıyla daha yüksek bir enerjiye) sahiptir - yukarı dönüşüm olarak bilinen bir fenomen. Ekibin farklı bir optik etki ararken keşfettiği yeni nanoparçacıklar, optik devrelerde yeni tür zamanlayıcılar, sensörler ve transistörler oluşturmayı mümkün kılabilir.
Ekip lideri "Bu tür yoğun ve hızlı emisyonlar, çok sayıda öncü malzeme ve nanotıp platformu için mükemmeldir." Shuang Fang Lim of North Carolina Eyalet Üniversitesi anlatır Fizik dünyası. "Örneğin, dönüştürülmüş nanopartiküller (UCNP'ler), arka plan gürültüsüz biyoalgılama, hassas nanotıp ve derin doku görüntülemeden hücre biyolojisine, görsel fizyolojiye ve optogenetiğe kadar uzanan biyolojik uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır."
Koruyucu elektron orbitalleri
Süper flüoresans, bir malzeme içindeki birden fazla atom aynı anda kısa, yoğun bir ışık patlaması yaydığında meydana gelir. Bu kuantum-optik fenomen, izotropik spontan emisyon veya normal flüoresanstan farklıdır, oda sıcaklığında elde edilmesi zordur ve faydalı olacak kadar uzun sürmeme eğilimindedir. Ancak ekip üyesi, UCNP'lerin farklı olduğunu söylüyor çete han arasında Massachusetts Chan Üniversitesi Tıp Fakültesi. “Bir UCNP'de, ışık 4'ten yayılır.f Han, "kalkan" görevi gören ve oda sıcaklığında bile süperfloresansa izin veren daha yüksekte bulunan elektron orbitalleri tarafından korunan elektron geçişleri," diye açıklıyor Han.
Yeni çalışmada ekip, neodimiyum-iyonla sıkıştırılmış lantanit katkılı UCNP'lerin tek bir nanoparçacığı içinde birbiriyle çiftleşen iyonlarda süperfloresan gözlemledi. Lantanit katkılı UCNP'lerde her bir nanoparçacığı bir emitör olarak kullanan yüksek derecede düzenli perovskite nanokristaller veya yarı iletken kuantum nokta düzenekleri gibi diğer malzemelerdeki süperfloresansın aksine, tek bir nanoparçacıktaki her lantanit iyonu ayrı bir yayıcıdır. "Bu emitör daha sonra diğer lantanit iyonlarıyla etkileşime girerek tutarlılık oluşturabilir ve hem rastgele nanoparçacık düzeneklerinde hem de sadece 50 nm boyutunda şimdiye kadar yaratılmış en küçük süperfloresan ortam olan tekli nanokristallerde Stokes kaymasına karşı süperfloresansa izin verebilir." diyor Lim.
Yapışkan bir makroskopik duruma senkronizasyon
Ekip üyesi Kory Green, "Süper flüoresans, uyarma enerjisi biriktirildikten sonra nanoparçacıktaki uyarılmış iyonların yayıcı fazlarının makroskopik koordinasyonundan geliyor" diye ekliyor. "Bir lazer darbesi, nanoparçacık içindeki iyonları uyarır ve bu durumlar ilk başta tutarlı bir şekilde organize edilmez.
"Süper flüoresansın meydana gelmesi için, başlangıçta düzensiz olan iyon setinin, emisyondan önce birleşik bir makroskopik duruma senkronize olması gerekir. Bu koordinasyonu kolaylaştırmak için nanokristalin yapısı ve neodimiyum iyonlarının yoğunluğu dikkatlice seçilmelidir.”
Dönüştürücü nanopartiküller, farelerin kızılötesi olarak görmesini sağlar
Ekibin rapor ettiği keşif Doğa FotonikLim ve meslektaşları, bir atomun yaydığı ışığın diğerini aynı ışıktan daha fazla yayması için uyardığı malzemeler olan malzemeler yapmaya çalışırken Lim ve meslektaşları tesadüfen yapıldı. Bunun yerine, başlangıçta senkronize olmayan atomların hizalandığı, ardından birlikte ışık yayan süper floresan gözlemlediler.
Lim, "Malzemeyi farklı lazer yoğunluklarında uyardığımızda, her uyarma için düzenli aralıklarla üç süperfloresan darbesi yaydığını bulduk" diyor. "Ve atımlar bozulmaz - her atım 2 nanosaniye uzunluğundadır. Dolayısıyla, UCNP sadece oda sıcaklığında süperfloresan sergilemekle kalmaz, bunu kontrol edilebilir bir şekilde yapar. Bu, kristallerin örneğin fotonik entegre devrelerde zamanlayıcılar, nörosensörler veya optik transistörler olarak kullanılabileceği anlamına geliyor.”
