超荧光爆发的发现具有量子计算的潜力

量子计算洞见

• 人们发现了在室温下定期发生的超荧光爆发，这可能会导致用于量子计算应用的更快的微芯片、神经传感器或材料的开发。
• 上转换纳米颗粒(UCNP)可以用作计时器、神经传感器或微芯片上的晶体管。

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北卡罗莱纳州立大学的研究人员希望合成一种更明亮、更稳定的纳米颗粒用于光学应用，他们发现在室温下，超荧光会定期爆发。这项工作可能会导致更快的微芯片、神经传感器或用于量子计算应用的材料的开发。

当一种材料中的原子同步并同时发出短暂但强烈的光爆发时，就会发生超荧光。这种性质对量子光学应用很有价值，但在室温下很难实现，而且间隔足够长才能有用。

研究团队为了制造一种“更明亮”的光学材料而合成了这种材料——掺镧上转换纳米颗粒(UCNP)。他们生产了尺寸从50纳米(nm)到500纳米的六角形陶瓷晶体，并开始测试它们的激光性能，这导致了几个令人印象深刻的突破。UCNP的特性可能会导致它在许多领域的应用。这种晶体可以用作计时器、神经传感器或微芯片上的晶体管。

研究人员最初寻找的是激光，即一个原子发出的光刺激另一个原子发出更多相同的光。然而，他们却发现了超荧光，首先所有的原子排列在一起，然后一起发射。

“当我们用不同的激光强度激发材料时，我们发现它在每次激发时都会定期发出三个超荧光脉冲，”北卡罗莱纳州立大学物理学副教授、该研究的共同通讯作者林双芳(Shuang Fang Lin)说。“而且脉冲不会退化——每个脉冲长度为2纳秒。所以UCNP不仅在室温下表现出超荧光，而且以一种可以控制的方式表现出超荧光。”

室温超荧光是很难实现的，因为原子很难在不被周围环境“踢出”对齐的情况下一起发射。然而，在UCNP中，光来自于“埋”在其他电子下面的电子轨道，这些电子轨道起到屏蔽作用，即使在室温下也能产生超荧光。

此外，UCNP的超荧光在技术上是令人兴奋的，因为它是反斯托克斯位移的，这意味着发射光的波长比引发反应的波长更短，能量更高。

“这种强烈而快速的反斯托克斯位移超荧光发射对于许多先锋材料和纳米医学平台来说是完美的，”马萨诸塞大学陈医学院生物化学和分子生物技术教授、该研究的共同通讯作者韩刚说。例如，ucnp已广泛应用于从无背景噪声生物传感、精密纳米医学和深层组织成像到细胞生物学、视觉生理学和光遗传学等生物应用领域。

“然而，目前UCNP应用的一个挑战是它们的缓慢发射，这往往使检测变得复杂和次优。但是反斯托克斯位移超荧光的速度完全改变了游戏规则:比目前的方法快10,000倍。我们相信，这种超荧光纳米颗粒为生物成像和光疗法提供了一种革命性的解决方案，这种解决方案需要清洁、快速和密集的光源。”

UCNP的特性可能会导致它在许多领域的应用。这种晶体可以用作计时器、神经传感器或微芯片上的晶体管。

-由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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