這種單分子成像新技術可實現納米晶體高速成像

　　一種不依賴熒光發射體的單分子成像新技術可能會在納米技術、光子學和光伏技術中找到許多應用。該技術是由巴塞羅那的研究人員開發的，其工作原理是在室溫下檢測單個量子點的受激發射。它的速度使得可以在整個吸收和發射周期內追蹤電荷載流子的數量。單分子成像技術已廣泛應用于生物學。迄今為止，它們完全基于檢測被成像樣品的自發熒光。在這些基于熒光的技術中，研究人員通常在吸收光的波長下激發樣品，然后檢測紅移（較低能量）的熒光信號。這使得阻擋來自激發光束的背景光并且僅檢測熒光變得相對簡單。

　　但是，熒光成像遠非完美，因為它僅限于有效發射熒光的分子。熒光也不是連貫的，并且容易“漂白”，在分子不再發出熒光后信號會減弱。第三個缺點是自發發射是一個相對較慢的過程，發生在納秒級的時間范圍內。這意味著基于熒光的成像只能提供有關目標分子最低激發態的信息，因為更高激發態的壽命較短，約為飛秒或皮秒。

受到激發后，兩個光子從量子點（QD）出現，給出了有關QD中激發電荷動力學的詳細信息

　　檢測受激發射

　　基于檢測受激發射（SE）的技術具有多個優點。所有分子都顯示SE，即使那些不發熒光的分子也是如此。 SE還避免了漂白，因為該分子在激發態上花費的時間很少，并且速度更快，因為光以飛秒為單位發射，這意味著SE可以提供有關激發態動力學的信息。不利的一面是，驅動受激發射的激光束還會產生大量的背景光。巴塞羅那ICFO的研究人員以及Lureasz Piatkowski和ICREA的Niek van Hulst研究小組的同事們現在已經通過使用超短激光脈沖對單個膠體納米晶體或量子點（QD）成像來克服這個問題。通過施加激光脈沖，該團隊表明他們可以迫使單個量子點（根特Iwan Moreels小組制造的單個膠體CdSe / CdS狀棒）通過SE過程發射，而不是等待它們自發發光。

　　研究人員首先使用激光將QD“泵浦”到導帶中的高激發態。之后，激發的電荷載流子（電子和空穴）通過激發態歧管衰減，最終以納米結構的核心中最低的出射態（能帶邊緣）結束。然后，科學家以核心帶邊緣躍遷的共振頻率施加第二個（探測）激光脈沖。這使電荷載流子復合，使QD松弛回到基態，并通過受激發射產生光子。由于此發射的光子與被激發的光子同相，因此產生的所有光都是相干的。

　　技術超越了背景信號的極限

　　皮亞特科夫斯基（Piatkowski）解釋說，該團隊的技術之所以有效，是因為用于調制激發態總體的探針脈沖序列在高MHz的頻率下運行，從而可以進行相敏檢測（使用鎖定放大器）并超過背景信號的極限。泵浦脈沖和探測脈沖也是同步的，因為它們來自同一寬帶激光器，這意味著研究人員可以在非常強烈的刺激光束上方檢測到受激光子。因此，刺激光束是受激發射信號的背景信號。該技術也非常快，并且可以在飛秒到皮秒級的范圍內工作，這使研究人員可以在光周期的任何時刻對其QD成像。由于這項工作已在《科學》中進行了詳細介紹，因此研究人員已開始研究其量子點中的電子-空穴核-殼動力學。這樣的研究將使人們更容易理解和設計無陷阱、無閃爍，具有光穩定性的QD，以供將來在光電子領域中應用。

　　擴展到生物學檢測

　　van Hulst說，對生物系統的研究也可能會受益，因為超快速反應將使研究人員能夠研究生物細胞中重要的能量轉移系統的動力學。 Piatkowski說：“在ICFO，我們正在研究光合作用的光采光復合體中的相干能量轉移（植物使用這種相干的能量來增強入射光的收集）。”“這項新技術可以使我們在單個采光復雜層級上做到這一點。”ICFO小組表示，現在希望將其技術擴展到分子和生物分子復合物。 van Hulst告訴《物理學世界》：“我們還在研究三脈沖和四脈沖方案，以將2D光譜與SE和發光檢測相結合。”“每種技術都會相互補充，并提供不同的信息：發光將報告分子的基態，而SE則顯示其超快激發態動力學。”