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单纳米晶体的超快激发发射显微镜

2019-12-10 10:12:54 • 来源：

多年来，研究纳米级和飞秒级单个粒子动力学的能力仍然是一个无法实现的梦想。直到二十一世纪初，纳米技术和毫微微科学逐渐融合在一起，并首次实现了单个量子点(QD)和分子的超快速显微镜。超快速显微镜研究完全依赖于使用发光技术检测纳米颗粒或单个分子，这需要有效的发射器才能发挥作用。但是，这样的技术导致样品降解，并且几乎不产生关于处于激发态的系统动力学的信息。仅在最近几年，才努力寻找一种替代的兼容技术来研究纳米物体中的快速过程，这才成为人们关注的焦点。

单纳米晶体的超快激发发射显微镜

现在，由ICREA教授尼克·范·赫斯特(Niek F. van Hulst)领导的ICFO研究人员Lukasz Piatkowski，NicolòAccanto，GaëtanCalbris和Sotirios Christodoulou与Iwan Moreels(比利时根特大学)合作，在《科学》杂志上发表了一项研究，题为“超快激发发射显微镜纳米晶体的研究”，他们报告了一种研究单个非荧光纳米物体中超快事件的技术。

在他们的研究中，他们采用了单个量子点，而不是等待量子点通过光致发光自发发光，该团队使用了复杂的激光脉冲组合将单个量子点提升为激发态，然后将其压低并回到基态首先：对单个QD成像，其次：辨别整个光周期内激发电荷的演化。

我们使用的技术使我们可以将第二个球扔到树顶(第二个激光脉冲与QD相互作用)以使第一个球下降。在第一个球之后或早或晚地将第二个球扔得更高或更低，更强或更弱，我们可以获得有关第一个球的信息。球和树的结构(球掉落需要多长时间，在哪里，如何等等)。”

受到刺激后，量子点会出现两个光子，从而提供有关量子点(QD)中激发电荷的动力学的详细信息：ICFO

在他们的实验中，第一个激光脉冲使单个QD进入激发状态。然后，每隔几百飞秒，他们就会向QD发射第二个激光脉冲，以将电荷降低到基态，从而引发重组和多余光子的发射。因此，对于他们发射到系统中的每个探测光子，他们都会返回两个孪生光子。这些额外的光子使作者不仅可以对量子点成像，还可以精确跟踪量子点中激发电荷的演化，揭示了多少电荷进行了自发重组，受激重组和激发态吸收。

在纳米技术，光子学和光伏技术中，能够追踪纳米级激发的电荷至关重要。研究结果证明，超快激发发射显微镜可用于研究单个发色粒子中的超快过程，而通过荧光/光致发光技术无法检测到这些发色粒子。换句话说，这种研究允许成像和研究纳米粒子和结构的动力学，而无需外部荧光标记。

正如ICFO Niek van Hulst的ICREA教授所说：“在超快纳米结构成像技术领域，未来有望取得重大进展。使用这种方法进行的量子点的首次检测非常出色。我们现在的目标是扩展分子和生物分子复合物，特别是光合复合物。我们目前正在研究3和4脉冲方案，以结合使用2D光谱法对单个系统的受激发射和发光检测进行合并。”

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