2023-05-31 コロンビア大学
◆この特殊な材料は、カリフォルニア大学バークレー校の分子研究所で開発され、エモリ・チャンとブルース・コーエンの研究室、および韓国の国立ウルサン科学技術大学のYung Doug Suhの研究室で合成されました。この研究は、光メモリ、ナノパターニング、バイオイメージングなどの応用において、新たな可能性を開拓することが期待されています。さらに、これらのナノ粒子は、3D基板にパターンを書き込み、書き換えることができ、高密度光データストレージやコンピュータメモリの改善に役立つ可能性があります。
◆この研究は、量子コンピュータによって生成される膨大なデータを格納するための全光量子メモリデバイスの開発につながる可能性があります。また、ナノ粒子は、無限の解像度を提供し、超解像ナノスコープ下でプローブによって生成される光子の数に依存します。研究チームは、現在の結晶をさらに改良し、類似の光切り替え特性を持つ他の種類のナノ粒子を合成できるかどうかを探索するために、分子研究所でナノ粒子合成ロボット、高度な計算モデル、および機械学習を使用しています。
＜関連情報＞
- https://www.engineering.columbia.edu/news/nanocrystal-shines-on-and-off-indefinitely
- https://www.nature.com/articles/s41586-023-06076-7
近赤外ナノ結晶の光スイッチングで無限の双方向性を実現 Indefinite and bidirectional near-infrared nanocrystal photoswitching
Changhwan Lee,Emma Z. Xu,Kevin W. C. Kwock,Ayelet Teitelboim,Yawei Liu,Hye Sun Park,Benedikt Ursprung,Mark E. Ziffer,Yuzuka Karube,Natalie Fardian-Melamed,Cassio C. S. Pedroso,Jongwoo Kim,Stefanie D. Pritzl,Sang Hwan Nam,Theobald Lohmueller,Jonathan S. Owen,Peter Ercius,Yung Doug Suh,Bruce E. Cohen,Emory M. Chan & P. James Schuck
Nature Published:31 May 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-023-06076-7
Abstract
Materials whose luminescence can be switched by optical stimulation drive technologies ranging from superresolution imaging1,2,3,4, nanophotonics5, and optical data storage6,7, to targeted pharmacology, optogenetics, and chemical reactivity8. These photoswitchable probes, including organic fluorophores and proteins, can be prone to photodegradation and often operate in the ultraviolet or visible spectral regions. Colloidal inorganic nanoparticles6,9 can offer improved stability, but the ability to switch emission bidirectionally, particularly with near-infrared (NIR) light, has not, to our knowledge, been reported in such systems. Here, we present two-way, NIR photoswitching of avalanching nanoparticles (ANPs), showing full optical control of upconverted emission using phototriggers in the NIR-I and NIR-II spectral regions useful for subsurface imaging. Employing single-step photodarkening10,11,12,13 and photobrightening12,14,15,16, we demonstrate indefinite photoswitching of individual nanoparticles (more than 1,000 cycles over 7 h) in ambient or aqueous conditions without measurable photodegradation. Critical steps of the photoswitching mechanism are elucidated by modelling and by measuring the photon avalanche properties of single ANPs in both bright and dark states. Unlimited, reversible photoswitching of ANPs enables indefinitely rewritable two-dimensional and three-dimensional multilevel optical patterning of ANPs, as well as optical nanoscopy with sub-Å localization superresolution that allows us to distinguish individual ANPs within tightly packed clusters.
