Polacy współautorami nowych nanomateriałów zdolnych do lawinowej emisji fotonów
Profesor Artur Bednarkiewicz i mgr Agata Kotulska razem z naukowcami z USA i Korei opracowali nowe nanomateriały koloidalne zdolne do lawinowej emisji fotonów. W procesie tym intensywność emisji wzrasta nieproporcjonalnie mocno w stosunku do intensywności pobudzenia – przypomina to zachowanie tranzystora albo zasadę działania lasera, ale odbywa się z wykorzystaniem fotonów z zakresu bliskiej podczerwieni.
W badaniach brali udział naukowcy z Columbia University, Lawrence Berkeley National Laboratory, Instytutu Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych Polskiej Akademii Nauk oraz z Korea Research Institute of Chemical Technology.
Pierwszym i największym osiągnięciem jest uzyskanie odpowiednich nanokryształów. Tradycyjnie w materiałach luminescencyjnych domieszkowanych jonami lantanowców obserwuje się tzw. wygaszanie koncentracyjne, które powyżej 1% domieszki prowadzi do osłabienia intensywności świecenia. Autorzy pracy wykorzystali mechanizm lawinowej emisji wprowadzając aż 8% jonów tulu i uzyskując spektakularny wzrost intensywności świecenia powyżej progu – dwukrotne zwiększenie intensywności pobudzenia prowadziło wówczas do wzrostu intensywności emisji niemal o 10 000 razy.
Dzięki tej wysoce nieliniowej luminescencji anty-Stokesowskiej, naukowcy zademonstrowali możliwość super-rozdzielczego obrazowania struktur nanometrycznych w rozdzielczością 70 nm. Jednak w przeciwieństwie do tradycyjnych metod obrazowania poniżej limitu dyfrakcji, zamiast strukturyzowania wiązki wzbudzającej (jak w STED) czy wyrafinowanej obróbki sygnałów (jak w PALM/STORM), obrazowanie uzyskano z wykorzystaniem konwencjonalnego mikroskopu konfokalnego.
Mimo, że zjawisko lawinowej emisji fotonów jest znane w monokryształach domieszkowanych jonami lantanowców od lat 80 XX wieku, zaprezentowane w Nature badania pokazują po raz pierwszy możliwość obserwacji tego efektu w nanomateriałach koloidalnych. Uzyskane wyniki nie tylko definiują nowe kierunki badań materiałowych w celu opracowania kolejnych materiałów lawinowych o innych barwach emisji.
Przede wszystkim jednak otwierają zupełnie nowe możliwości zastosowania nanotechnologii w konstrukcji czujników biologicznych (np. do wykrywania wirusów, bakterii czy grzybów lub procesów biologicznych w komórkach i tkankach), czujników wielkości fizycznych (np. temperatury, ciśnienia), w obliczeniach neuromorficznych, konstrukcji detektorów promieniowania z zakresu średniej podczerwieni, nowych nano-laserów czy też, jak w oryginalnej pracy, obrazowania poniżej limitu dyfrakcji światła.
Komentarze (0)