NCSU 연구는 더 빠른 마이크로칩, 양자 컴퓨팅 애플리케이션을 의미할 수 있습니다.
게시 날짜:광학 응용을 위해 더 밝고 더 안정적인 나노입자를 합성하려는 연구자들은 그 생성이 오히려 더 놀라운 특성, 즉 실온과 규칙적인 간격 모두에서 발생하는 초형광의 폭발을 나타냄을 발견했습니다. 이 연구는 다양한 생물학적 연구뿐만 아니라 양자 컴퓨팅 응용 분야에 사용하기 위한 더 빠른 마이크로칩, 신경 센서 또는 재료의 개발로 이어질 수 있습니다.
초형광은 물질 내의 원자가 동기화되어 동시에 짧지만 강렬한 빛을 방출할 때 발생합니다. 이 특성은 양자 광학 응용에 유용하지만 실온에서 유용할 만큼 긴 간격으로 달성하기가 극히 어렵습니다.
문제의 물질인 란탄족 원소가 첨가된 상향변환 나노입자(UCNP)는 연구팀이 더 밝은 광학 물질을 만들기 위한 노력으로 합성한 것입니다. 그들은 크기가 50나노미터(nm)에서 500nm에 이르는 육각형 세라믹 결정을 생산하고 레이저 특성을 테스트하기 시작했으며 그 결과 몇 가지 인상적인 혁신이 이루어졌습니다.
실온에서 초발광을 달성하는 과정은 Nature Photonics의 새로운 논문에 나와 있습니다. (NCSU를 통한 이미지)
연구자들은 처음에 한 원자에서 방출된 빛이 다른 원자를 자극하여 동일한 빛을 더 많이 방출하는 레이저 현상을 찾고 있었습니다. 그러나 그들은 먼저 모든 원자가 정렬된 다음 함께 방출되는 초형광을 발견했습니다.
노스캐롤라이나 주립대학 물리학과 부교수이자 이번 연구의 공동 교신저자인 Shuang Fang Lin은 “우리가 서로 다른 레이저 강도로 물질을 여기시켰을 때, 우리는 그것이 각 자극에 대해 일정한 간격으로 3개의 초형광 펄스를 방출한다는 것을 발견했습니다.”라고 말했습니다. . “그리고 펄스는 저하되지 않습니다. 각 펄스의 길이는 2나노초입니다. 따라서 UCNP는 실온에서 초형광을 나타낼 뿐만 아니라 제어할 수 있는 방식으로도 나타납니다.”
실온 초형광은 원자가 주변에 의해 정렬에서 '쫓겨나지' 않고 함께 방출되기 어렵기 때문에 달성하기 어렵습니다. 그러나 UCNP에서 빛은 다른 전자 아래에 '매장'된 전자 궤도에서 나오며, 이는 방패 역할을 하며 실온에서도 초형광을 허용합니다.
또한 UCNP의 초형광은 반스토크스 이동(anti-Stokes Shift)이기 때문에 기술적으로 흥미롭습니다. 즉, 방출된 빛의 파장이 반응을 시작하는 파장보다 짧고 높은 에너지를 의미합니다.
매사추세츠 챈 의과대학 생화학 및 분자 생명공학 교수이자 이번 연구의 공동 교신저자인 한강(Gang Han)은 “이러한 강렬하고 빠른 반스토크스 이동 초형광 방출은 수많은 선구적인 재료와 나노의학 플랫폼에 완벽하다”고 말했다. “예를 들어, UCNP는 배경 잡음 없는 바이오센싱, 정밀 나노의학 및 심부 조직 이미징부터 세포 생물학, 시각 생리학 및 광유전학에 이르는 생물학적 응용 분야에 널리 사용되었습니다.
“그러나 현재 UCNP 응용 분야의 한 가지 과제는 느린 방출로 인해 종종 감지가 복잡해지고 차선책이 된다는 것입니다. 그러나 반스토크스 이동 초형광의 속도는 완전한 게임 체인저입니다. 즉, 현재 방법보다 10,000배 빠릅니다. 우리는 이 초형광 나노입자가 깨끗하고 신속하며 집중적인 광원을 기다리는 바이오 이미징 및 광치료에 혁신적인 솔루션을 제공한다고 믿습니다.”
UCNP의 독특한 특성으로 인해 다양한 응용 분야에 사용될 수 있습니다.
“첫째, 실온 작동으로 애플리케이션이 훨씬 쉬워졌습니다.”라고 Lim은 말합니다. “그리고 50 nm에서 이것은 현재 존재하는 가장 작은 초형광 매체입니다. 펄스를 제어할 수 있기 때문에 이러한 결정을 타이머, 신경 센서 또는 마이크로칩의 트랜지스터로 사용할 수 있습니다. 그리고 더 큰 결정을 사용하면 펄스를 더 잘 제어할 수 있습니다.”
"실온 상향 변환된 초형광"이라는 논문이 자연광학. 이 연구는 W911NF2110283에 따라 미 육군 연구실의 지원을 받았습니다. UMass Chan Medical School의 박사후 연구원인 Kai Huang이 제1저자입니다.
(다) NCSU
원본 기사 출처: WRAL TechWire