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科技日报记者 王海滨

8月21日,记者从山西大学获悉,山西大学激光光谱研究所肖连团教授团队在金纳米粒子相关非线性效应研究中取得主要希望。该功效在量子周详丈量、光学传感和生物医学等方面有主要的应用远景。

克日,物理学权威期刊《物理谈论快报》(Physical Review Letters)在线刊发了他们的研究论文。山西大学为论文唯一单元,博士研究生李耀和杨勇刚教授为论文配合第一作者,通讯作者为秦成兵教授和肖连团教授,贾锁堂教授和张 *** 教授等配合介入了研究事情。

金纳米粒子因其特有的非线性效应、外面等离子体共振效应、光热效应等,一直是物理、化学、质料等学科的研究热门,在光学传感、能量俘获、高分辨成像和光热治疗等方面具有主要的应用。由于金纳米粒子量子产率低(10-6),而多光子荧光强度和高阶非线性效应严重依赖于引发光的功率,大功率激光的使用一方面会因光热效应损坏金纳米粒子自己的结构,另一方面也会对纳米系统或有机体 (如细胞、组织) 造成不能修复的损伤,从而极大地限制了金纳米粒子在功效器件、生物成像、癌症治疗等方面的现实应用。

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图1金纳米粒子在差异时间尺度下的超快动力学行为。(a) 线性坐标;(b) 对数坐标。(c) 两束等功率飞秒脉冲引发下的对称过问条纹;(d) 不等功率引发下的非对称过问条纹。传统多光子引发模拟效果:(e) n=2,(f) n="3".8。

肖连团教授研究团队针对金纳米粒子应用生长存在的瓶颈问题,提出基于中央态物理参数可调的三能级理论模子,提升超快双脉冲引发金纳米粒子的非线性过问效应。实验生长了相位和振幅准确可调的双脉冲超快光场手艺,用于精准地调控飞秒激光与金纳米粒子相互作用,在将引发功率降低2个量级的情形下,实现了金纳米粒子双光子荧光的非线性过问,相关相长时荧光强度比通常的双光子光致发光方式提高100倍以上,相关相长与相关相消之比到达104。如图1所示。

研究事情同时解释,通过准确调控两束飞秒激光的延迟,可以精准地调控飞秒激光与金纳米粒子相互作用的非线性系数。如图2所示,使用单束飞秒脉冲引发金纳米粒子时,其荧鲜明示出显著的双光子吸收历程,非线性系数为2;在接纳双脉冲引发时,当仅改变其中一束飞秒激光功率时,金纳米粒子的荧光随两束脉冲延迟的增添出现出从线性历程向双光子历程渐变的奇异行为。在金纳米粒子的现实应用中,线性历程适用于周详丈量与传感,而高阶非线性历程对超分辨成像更为有利。

图2 (a) 差异延迟下金纳米粒子荧光强度随引发功率的转变;(b) 金纳米粒子多光子荧光的非线性系数随两束脉冲相对延迟的转变行为。

近年来,肖连团教授研究团队系统地研究了单分子、金纳米粒子、量子点等系统的相关超快动力学历程,生长了量子相关调制增强单分子显微成像的新原理与新手艺,行使相位调制的激光脉冲对制备与操控相关叠加态,实现了极微弱量子相关信息的有用丈量,研究事情在量子周详丈量、光学传感和生物医学等方面有主要的应用远景。(山西大学供图)

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