量子点于上世纪90年代被发现，它具有广泛的应用，也许目前最著名的是在某些高端电视中用于产生鲜艳的色彩。但是对于某些潜在用途，例如用于跟踪药物与活细胞相互作用时的生化途径，这方面的进展受到了一个看似无法控制的特征的阻碍，即量子点会以随机间隔闪烁。这在聚合中使用量子点时并不重要(例如在电视屏幕中)，但对于精密应用来说，这可能是一个显着的缺点。
 

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需要的闪烁，且无需对配方或制造过程进行任何修改。通过在无穷小的时刻(几万亿分之一秒)发射一束中红外激光，量子点的闪烁会在相对较长的时间内被消除，要比激光脉冲长数百亿倍。

这项新技术在近日发表在《自然纳米技术》杂志上的一篇论文中得到了描述，该论文由博士生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共同撰写。

量子点是由半导体材料制成的微小粒子，直径只有几纳米，其电子能级之间存在“带隙”。当这些材料从照射到它们的光中获得能量时，电子可以跳到更高的能带；当它们恢复到以前的水平时，能量以光子(光的粒子)的形式释放。这种光的频率决定了它的颜色，可以通过选择量子点的形状和尺寸来进行精确调整。除了用于显示屏之外，量子点还具有用作太阳能电池、晶体管、激光器和量子信息设备的潜力。

闪烁现象在第一次制造出量子点之后不久就被观察到。Bawendi说：“从那时起，我会发表一些关于量子点的演讲，人们会说让闪烁消失吧。因此，人们通过设计量子点与其环境之间的界面或添加其他分子来尝试消除它，并为之付出了很多努力。但这些东西都没有真正奏效或非常重复可用。”

“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解释说。但是由于目前量子点的闪烁缺陷，它非常不适合此类应用，“它们会随机关闭，这实际上对任何利用量子点光致发光的应用都是有害的……我们使用这些超快的中红外脉冲，使量子点可以保持在‘开启’状态。这对于应用可能非常有用，例如在量子信息科学中，你确实需要一个没有任何间歇性闪烁的明亮单光子源。”

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例如跟踪应用的可视化。例如，当我们服药时，你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……但如果量子点开始频繁闪烁，你基本上就会忘记分子在哪里。”他表示，这可能会导致更有效的药物发现过程。

MIT化学教授Nelson解释说，闪烁现象的原因可能与额外的电荷有关，例如额外的电子，它附着在量子点的外部，改变了表面的特性，因此还有其他替代途径可以释放额外的能量，而不是通过发光。

Nelson说：“在真实环境中会发生各种各样的事情，以至于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。可在不发射光子的情况下(例如通过散热)返回基态。”

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，这是“一个非常普遍的过程”，它可能有助于处理其他一些设备中的异常间歇性，例如科学家正在利用钻石中氮空位中心用于超高分辨率显微镜和作为光量子技术中的单光子源。Utzat说：“尽管我们只针对一种主力量子点材料演示了它，但我相信我们可以将这种方法应用于其他发射器。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设备，它尚未准备好用于商业应用。他表示，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设备。（编译:Qtech）