科研人员研制出稳定的纳米“光开关”

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。