閃爍現象有了理論解釋模型

2020-12-05 中國科學院

據美國物理學家組織網報導，法國聖瑪麗亞大學物理學家楊克的一篇關於螢光閃爍的最新研究論文，為「閃爍」這種長久以來的神秘化學物理現象提供了新解，這有助於重新理解閃爍現象的原理及控制閃爍過程，並將在圖像技術和照明方面獲得重大運用。

一個世紀前，量子力學剛剛誕生，諾貝爾物理學獎獲得者尼爾斯·玻爾就預言了所謂的「量子躍遷」。他指出，這種躍遷是單個原子或分子裡面的電子在不同能級之間的跳躍。這在當時存在爭議，直到上個世紀80年代這種量子躍遷在實驗室被觀察到，他的預言才被證實。

然而，直到上世紀90年代，隨著單分子成像技術的發展，科學家才能在單個分子中觀察到類似的躍遷。根據實驗，單個分子中的電子跳躍到另外的電子能級會發出光子，從而顯示出間歇性的螢光現象，或稱為「閃爍」。

但只有特定的閃爍例子能很好地符合玻爾原始的量子躍遷，實際觀察到的更多的螢光間歇現象並不符合玻爾預言，尤其是在多樣化的系統中，如螢光蛋白質、單分子和光吸收分子混合物、單個有機螢光體等，以及最近出現的單體無機納米結構，「閃爍」都明顯偏離了玻爾的預測。

事實上所有的已知螢光體，包括螢光量子點、螢光棒、螢光線等，在其發光過程中都無法用間歇閃爍來解釋。量子力學對此的主導解釋是，閃爍期的光生光滅沒有相關性。

然而，2007年，由聖瑪麗亞理論科學研究院主辦的螢光現象大會上，楊克與合作研究人員提出，閃爍現象並非隨機發生，而是互相有關係的。但那時還沒有理論模型可以解釋這種關聯性。

他們最新的論文發表在《納米快報》上，楊克和同事提出一個閃爍現象模型，與實驗室中觀察到非常符合。這是證明閃爍中光生光滅之間具有強相關性的重要證據。

如果閃爍有規律可循，那它的過程就有望被控制，比如利用量子點提供更好、更穩定的癌細胞圖像，為研究人員提供病毒感染的實時圖像，比如愛滋病病毒在一個細胞內的感染；也可以導向開發新一代更加明亮清晰的計算機顯示屏、手機和其他電子設備，甚至改善家庭和辦公室的照明設備。

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