MIT团队研究消除量子点闪烁现象

量子点（Quantum Dot）发现于1990年代，且广泛应用。但是，有些技术应用领域，像是药物追纵与活细胞生化相互作用的过程等要求精确及避免干扰，当量子点出现无预期的闪烁，反而成为一个显著的缺点。

关于量子点出现无预期闪烁的问题，美国麻省理工学院（MIT）研究团队提出了控制这种不必要量子点闪烁的方法，且不需要对化学配方或制造过程进行任何修改。通过发射中红外激光光（mid-infrared laser light），在极短的时间内（几万亿分之一秒）消除量子点长周期的闪烁。

研究成果于2021年11月22日发表在《Nature Nanotechnology》期刊，作者是麻省理工学院的博士生Jiaojian Shi,、Weiwei Sun和Hendrik Utzat、化学教授Keith Nelson和Moungi Bawendi以及其他五人。

量子点由半导体材料制成，颗粒只有几纳米宽，具有电子间能量级的能隙（band gap），当被光照射后，电子可以跳到更高的能阶，当恢复到原来低能阶状态后，能量会以光子的形式释放出来。发光的频率决定了量子点的颜色，可通过选择点的形状和尺寸来精确调整。除了显示面板，量子点还可被运用于太阳能电池、晶体管、激光和量子信息设备。

闪烁现象在量子点首次被制造出来后不久，就被科学家发现。MIT教授Moungi Bawendi指出，很多人都曾试图通过设计量子点和环境之间的界面，或添加其它分子来消除这个现象，但都无法发挥实际效果，且很难被重制。

某些量子信息应用希望有一个完美的单光子发射源，但目前技术的量子点会随机开关，实际上不利于任何利用量子点光致发光（photoluminescence）的应用。MIT团队的研究，利用中红外脉冲使量子点可以保持在“开启”的状态，有利于需要非间歇性明亮的单光子源应用。

像是，对于生物医学研究应用来说，消除闪烁是至关重要的。研究团队表示，有许多生物过程确实需要用稳定的光致发光标签进行视觉化。例如，当人们服用药物时，研究人员想要知道那些药物分子是如何在细胞中内化的，以及它在亚细胞器（subcellular organelles）中的最终位置。这可能会帮助更有效药物的发现过程，但如果量子点开始大量闪烁，基本上就会失去对分子位置的追踪。

MIT教授解释，造成闪烁现象的原因可能与额外的电荷有关，例如额外的电子，附着在量子点的外部，改变表面特性，从而经由其他的途径来释放额外的能量，而不是通过发光。其实，在现实环境中可能会发生各种事情，例如，也许量子点在表面黏上了一个电子，不再是电中性，虽然它仍然可以通过发射一个光子回到基态，不幸的是，额外的电荷也为电子的激发态打开了各种额外的途径，使其在不发射光子的情况下回到基态，例如通过散发热量。但当被一阵中红外光照射时，额外的电荷往往会被击落，使量子点产生稳定的发射并停止闪烁。

MIT的研究技术解方案甚至可以处理其他设备中的异常间歇性，例如可用于超高分辨率显微镜和作为光量子技术中单光子来源的钻石内的氮原子空缺中心（Nitrogen-Vacancy Center）。尽管目前的研究只针对量子点进行试验，但研究团队相信可以将类似的方法用于其它发射器，利用这种中红外光的基本效果适用于各种不同的材料。

这种效果也可能不限于中红外脉冲，目前这种脉冲依赖于笨重和昂贵的实验室激光设备，尚未能商业应用。同样的原理也可以延伸到太赫兹（terahertz）频率，实验室持续在研究与开发相关领域，原则上可以制造出更小且更便宜的设备。获取更多前沿科技 研究进展 访问：https://byteclicks.com