让量子点不再闪烁！

麻省理工学院的化学家解决了阻碍将微型光发射器用于生物成像或量子光子学的间歇性问题

虽然量子点在高端电视中取得了成功，但在其他潜​​在用途中，例如跟踪药物与活细胞相互作用时的生化途径，量子点随机闪烁的习性阻碍了进展。

现在，麻省理工学院的一个化学家团队想出了一种方法来控制这种不必要的闪烁，而无需对配方或制造过程进行任何修改。通过发射一束中红外激光几万亿分之一秒，量子点的闪烁会在相对较长的时间内被消除，比激光脉冲长数百亿倍。

博士生 Jiaojian Shi、Weiwei Sun 和 Hendrik Utzat、化学教授 Keith Nelson 和 Moungi Bawendi 以及麻省理工学院的其他五人在《自然纳米技术》（Nature Nanotechnology）杂志上的一篇论文中描述了这项新技术。

这种闪烁现象最早出现在20世纪90年代，当时量子点刚刚问世。 “从那时起，”Bawendi 说，“我会做[关于量子点的] 演讲，人们会说，‘让它消失吧！’因此，我们花了很多精力试图通过设计圆点与环境之间的界面或添加其他分子来消除它。但这些东西都没有真正起作用，也没有很好的重现性。”

“我们知道，对于某些量子信息应用，我们需要一个完美的单光子发射源，”Sun解释道。但对于目前可用的量子点，如果没有量子点，它可能非常适合此类应用，“它们将随机开启或关闭，这实际上对任何利用量子点光致发光的应用都是有害的。”

但现在，她说，多亏了团队的研究，“我们使用这些超快的中红外脉冲，量子点可以保持‘开启’状态。这对于应用程序可能非常有用，例如在量子信息科学中，您确实需要一个没有任何间歇性的明亮单光子源。”

同样，对于生物医学研究应用，消除闪烁是必不可少的，Shi说。 “有许多生物过程确实需要使用稳定的光致发光标签进行可视化，例如跟踪应用程序。例如，当我们服用药物时，您希望看到这些药物分子如何在细胞中被内化，以及它最终在亚细胞器中的哪个位置。”他说，这可能会导致更有效的药物发现过程，“但如果量子点开始频繁闪烁，你基本上就不知道分子在哪里了。”

Nelson是Haslam和Dewey的化学教授，他解释说闪烁现象的原因可能与附加在量子点外部的额外电荷有关，比如额外的电子，改变了表面特性，因此还有其他替代途径可以释放额外能量，而不是通过发光。

“在真实环境中会发生各种各样的事情，”Nelso说，“比如量子点的表面某处可能有一个电子。 量子点不再是电中性的，而是具有净电荷，虽然它仍然可以通过发射光子返回到基态。不幸的是，额外的电荷也为电子的激发态开辟了一大堆额外的途径。在不发射光子的情况下返回基态”，例如通过散热。

但是，当被一束中红外光照射时，额外的电荷往往会从表面脱落，从而使量子点产生稳定的发射并停止闪烁。

事实证明，Utzat 说，这是“一个非常普遍的过程”，它可能有助于处理其他一些器件中的异常间歇性，例如金刚石中的氮空位中心，这些中心正被用于超高分辨率显微镜和光学量子技术中的单光子源。 “尽管我们只针对一种主要材料--量子点上展示了它，但我相信我们可以将这种方法应用于其他发射器，”他说。 “我认为使用这种中红外光的基本效果适用于各种不同的材料。”

Nelson 表示，这种效应也可能不仅限于中红外脉冲，中红外脉冲目前依赖于笨重且昂贵的实验室激光器件，尚未准备好用于商业应用。他说，同样的原理也可以扩展到太赫兹频率，他的实验室和其他人一直在开发这个领域，原则上可以产生更小、更便宜的器件。

研究团队还包括麻省理工学院 Ardavan Farahvash、Frank Gao、Zhuquan Zhang、Ulugbek Barotov、和Adam Willard。 这项工作得到了美国陆军研究实验室和美国陆军研究办公室通过士兵纳米技术研究所、美国能源部和三星全球推广计划的支持。