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美韩团队研制出性质稳定的纳米“光开关”

2023-06-07 16:41 新华网 责任编辑：陈曦

新华社北京6月7日电 美国和韩国科研人员研制出一种纳米晶体颗粒,能在光信号控制下像电灯泡一样变亮或变暗,而且性质非常稳定,可多次反复开关而不“疲劳”。

美国哥伦比亚大学日前发布的新闻公报说,这种“光开关”材料有助于研发更高分辨率的纳米显微镜、可容纳海量数据的光学量子存储器等。这项研究由该校和韩国蔚山国立科技学院等机构联合进行,相关论文发表在英国《自然》杂志上。

一些物质吸收光子后会释放出新的光子,发光强度可通过改变入射光来调节,在生化、医疗、光电等领域有广泛应用。但当前使用的大多是有机染料或蛋白质,其分子容易被光破坏,使用寿命较短。

新型纳米晶体颗粒由氟钇化钠材料制成,掺入了镧系元素铥。该颗粒具有“光子雪崩”属性,即入射光的微小变化能导致其发光强度剧烈改变,可以成为灵敏的光开关。实验发现,用近红外波段不同波长的光照射,颗粒会在发光和不发光状态之间切换,几小时内开关上千次也没有性能下降的迹象。近红外波段是观察生物分子的重要窗口,在微加工等方面也有独特优势。

研究人员推测,新材料的开关性质来源于晶体内部极其微小的缺陷,以目前的技术还无法观察到这些缺陷。他们用这种颗粒在三维基板上实现了二维和三维纳米级图形的写入、擦除和重写,验证了它在数据存储方面的应用潜力。在另一项实验中,新材料的稳定开关特性使显微成像过程可持续收集充足的光子,大幅提高分辨率。

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