นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาได้สร้างอนุภาคนาโนที่ปล่อยแสงซูเปอร์ฟลูออเรสเซนต์เป็นจังหวะที่อุณหภูมิห้อง ผิดปกติ แสงที่ปล่อยออกมาจะเคลื่อนที่แบบต่อต้านสโตกส์ ซึ่งหมายความว่ามีความยาวคลื่นสั้นกว่า (และทำให้มีพลังงานสูงกว่า) กว่าความยาวคลื่นของแสงที่เริ่มต้นการตอบสนอง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการแปลงกลับ อนุภาคนาโนใหม่ที่ทีมค้นพบขณะมองหาเอฟเฟกต์แสงที่แตกต่างกัน สามารถสร้างตัวจับเวลา เซ็นเซอร์ และทรานซิสเตอร์ประเภทใหม่ในวงจรออปติกได้
Shuang Fang Lim หัวหน้าทีม จากNorth Carolina State University
กล่าวว่า”การปล่อยก๊าซที่รุนแรงและรวดเร็วเช่นนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุบุกเบิกและแพลตฟอร์มนาโนการ แพทย์ ” “ตัวอย่างเช่น อนุภาคนาโนที่แปลงกลับ (UCNPs) ได้รับการนำไปใช้อย่างแพร่หลายในการประยุกต์ใช้ทางชีววิทยา ตั้งแต่การตรวจทางชีวภาพที่ปราศจากเสียงรบกวน การแพทย์นาโนที่มีความแม่นยำ และการถ่ายภาพเนื้อเยื่อลึก ไปจนถึงชีววิทยาของเซลล์ สรีรวิทยาทางสายตา และออปโตเจเนติกส์”
การเรืองแสงยิ่งยวดเกิดขึ้นเมื่ออะตอมหลายตัวในวัสดุหนึ่งๆ ปล่อยแสงออกมาในระยะสั้นและเข้มข้นพร้อมกัน ปรากฏการณ์ควอนตัมออปติกนี้แตกต่างไปจากการปล่อยก๊าซที่เกิดขึ้นเองแบบไอโซโทรปิกหรือการเรืองแสงปกติ ซึ่งเกิดขึ้นได้ยากที่อุณหภูมิห้องและมีแนวโน้มที่จะอยู่ได้ไม่นานพอที่จะนำไปใช้ประโยชน์ได้ อย่างไรก็ตาม UCNPs นั้นแตกต่างกัน สมาชิกในทีมGang HanจากUniversity of Massachusetts Chan Medical Schoolกล่าว Han อธิบาย “ใน UCNP แสงถูกปล่อยออกมาจากการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอน 4 fซึ่งได้รับการปกป้องโดยวงโคจรของอิเล็กตรอนที่อยู่สูงกว่าซึ่งทำหน้าที่เป็น ‘เกราะกำบัง’ ทำให้สามารถเรืองแสงยิ่งยวดได้แม้ในอุณหภูมิห้อง” Han อธิบาย
ในงานใหม่นี้ ทีมงานได้สังเกตการเรืองแสงซูเปอร์ฟลูออเรสเซนต์ในไอออนที่จับคู่กันภายในอนุภาคนาโนเดี่ยวของ UCNPs ที่เจือด้วยแลนทาไนด์ที่มีนีโอดิเมียม-ไอออนอัดแน่น ซึ่งแตกต่างจากซูเปอร์ฟลูออเรสเซนต์ในวัสดุอื่นๆ เช่น คริสตัลนาโนเพอร์วอสไคต์ที่มีลำดับสูงหรือการประกอบควอนตัมดอทของเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้อนุภาคนาโนแต่ละอนุภาคเป็นตัวปล่อย
ใน UCNP ที่เจือด้วยแลนทาไนด์ แต่ละไอออนของแลนทาไนด์
ในอนุภาคนาโนเดี่ยวจะเป็นอิมิตเตอร์แต่ละตัว “ตัวปล่อยนี้สามารถทำปฏิกิริยากับแลนทาไนด์ไอออนอื่นๆ เพื่อสร้างการเชื่อมโยงกันและทำให้เกิดสารเรืองแสงซูเปอร์ฟลูออเรสเซนซ์ที่ต่อต้านสโตกส์-ชิฟต์ได้ทั้งในชุดอนุภาคนาโนแบบสุ่มและในผลึกนาโนเดี่ยว ซึ่งมีขนาดเพียง 50 นาโนเมตรเป็นสื่อซูเปอร์ฟลูออเรสเซนต์ที่เล็กที่สุดเท่าที่เคยสร้างมา” ลิม พูดว่า
การซิงโครไนซ์เป็นสถานะมหภาคที่เหนียวแน่น
“การเรืองแสงยิ่งยวดมาจากการประสานกันในระดับมหภาคของเฟสการแผ่รังสีของไอออนที่ถูกกระตุ้นในอนุภาคนาโนหลังจากที่สะสมพลังงานกระตุ้น” โครี กรีน สมาชิกในทีมกล่าวเสริม “เลเซอร์พัลส์กระตุ้นไอออนภายในอนุภาคนาโนและสถานะเหล่านั้นไม่ได้ถูกจัดอย่างสอดคล้องกันในตอนแรก
“เพื่อให้เกิดการเรืองแสงยิ่งยวด ชุดไอออนที่ไม่เป็นระเบียบในขั้นต้นนั้นจะต้องประสานกันเป็นสถานะที่จับตัวเป็นก้อนขนาดใหญ่ก่อนที่จะปล่อยออกมา เพื่ออำนวยความสะดวกในการประสานงานนี้ จึงต้องเลือกโครงสร้างของนาโนคริสตัลและความหนาแน่นของไอออนนีโอไดเมียมอย่างระมัดระวัง”
การค้นพบนี้ซึ่งทีมงานรายงานในNature Photonicsเกิดขึ้นโดยบังเอิญ ขณะที่ Lim และเพื่อนร่วมงานกำลังพยายามสร้างวัสดุที่ปล่อยแสง นั่นคือวัสดุที่แสงที่ปล่อยออกมาจากอะตอมหนึ่งกระตุ้นให้อีกอะตอมหนึ่งเปล่งแสงที่เท่ากันมากขึ้น พวกเขาสังเกตการเรืองแสงยิ่งยวดซึ่งอะตอมที่ไม่ซิงโครไนซ์ในขั้นต้นจะเรียงตัวกัน จากนั้นจึงเปล่งแสงออกมาพร้อมกัน
“เมื่อเรากระตุ้นวัสดุด้วยความเข้มของเลเซอร์ที่แตกต่างกัน เราพบว่ามันปล่อยซูเปอร์ฟลูออเรสเซนต์สามพัลส์ในช่วงเวลาปกติสำหรับการกระตุ้นแต่ละครั้ง” Lim กล่าว “และพัลส์จะไม่ลดลง – แต่ละพัลส์มีความยาว 2 นาโนวินาที ดังนั้น UCNP ไม่เพียงแต่แสดงการเรืองแสงยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องเท่านั้น แต่ยังแสดงในลักษณะที่ควบคุมได้ ซึ่งหมายความว่าคริสตัลสามารถใช้เป็นตัวจับเวลา เซ็นเซอร์ประสาท หรือทรานซิสเตอร์ออปติกบนวงจรรวมโทนิค เป็นต้น”
แนะนำ : รีวิวซีรี่ย์เกาหลี | ลายสัก | รีวิวร้านอาหาร | โทรศัพท์มือถือ ราคาถูก | เรื่องย่อหนัง
