تصویربرداری از یک نقطه کوانتومی در حالت خاموش

محققان دانشگاه ETH زوریخ از گروه وحید صندوق‌دار اخیراً گام عمده‌ای در جهت شناسایی مولکول‌های منفرد به صورت جذبی برداشته‌اند. آنها در این مطالعه حذف نور لیزر را توسط نقاط کوانتومی گزارش نموده‌اند.

بیش از نیم قرن پیش، اروین شرودینگر برنده جایزه نوبل فیزیک ادعا نمود
که «انجام آزمایش روی اتم‌‌ها یا مولکول‌های منفرد امکان‌پذیر نیست».
امروزه شناسایی، رهگیری، و مطالعه مولکول‌ها و اتم‌های منفرد به کاری
روزمره در زیست‌شناسی، فیزیک و شیمی تبدیل شده است.

با این حال مشاهده یک مولکول منفرد، مخصوصاً با استفاده از میکروسکوپ‌های
نوری استاندارد، مهارت آزمایشگاهی بسیار بالایی نیاز دارد. این امر
بیشتر به این دلیل است که یک مولکول منفرد مقدار بسیار کمی سیگنال قابل
تشخیص از خود ساطع می‌کند. در حقیقت بیشتر کسانی که از نور به عنوان یک
روبشگر استفاده می‌کنند، بیشتر متکی بر استفاده از فلورسانس هستند (نشر
نور با انرژی پایین که پس از جذب تابشی با انرژی مشخص صورت می‌گیرد).
در این حالت نور نشر شده از مولکول مورد نظر به راحتی با فیلتر کردن
طیف نوری مورد نظر و شناسایی رنگ نشر شده توسط مولکول، از نشر پس‌زمینه
جدا می‌شود. بدین ترتیب امکان حذف سیگنال‌های ناخواسته ناشی از میلیون‌ها
مولکول دیگر که در مجاورت مولکول مورد نظر قرار دارند، فراهم می‌شود.

با وجودی که این روش بسیار قدرتمند است، اما محدود به مولکول‌هایی
می‌شود که نشر فلورسانس دارند. محققان دانشگاه ETH زوریخ از گروه وحید
صندوق‌دار اخیراً گام عمده‌ای در جهت شناسایی مولکول‌های منفرد به صورت
جذبی برداشته‌اند. آنها در این مطالعه حذف نور لیزر را توسط نقاط
کوانتومی گزارش نموده‌اند. به علاوه آنها نشان دادند که شدت جذب نور
توسط نقاط کوانتومی به خوبی وضعیت آنها بستگی دارد. خوبی وضعیت به
مفهوم حالت فتوفیزیکی آنهاست که نگرشی نسبت به فتوفیزیک بنیادی ایجاد
می‌کند.

محققان گروه پژوهشی دانشگاه ETH نشان دادند که امکان شناسایی نقاط
کوانتومی غیرفلورسانس با استفاده از میکروسکوپی نوری وجود دارد؛ تاکنون
چنین فکر می‌شد که شناسایی این مولکول‌ها فقط با استفاده از میکروسکوپی
الکترونی امکان‌پذیر است. این گروه در کارهای قبلی خود نشان داده‌اند
که با استفاده از تداخل یک اشعه لیزری با مقدار کمی از نور که توسط یک
شیء نانویی پراکنده شده است، امکان حصول تباین قابل تشخیص برای
نانوذرات طلا به قطر ۵ نانومتر و تک‌ویروس‌هایی به طول ۴۵ نانومتر بدون
برچسب‌زنی وجود دارد.

اگر عمیق‌تر نگاه کنیم، این روش تداخل‌سنجی در حقیقت روشی برای
اندازه‌گیری مقادیر کم از نوری است که از تابش لیزر فرودی به دلیل جذب
یا پراکنش حذف شده است.

دانشمندان ETH در کار اخیرخود نشان داده‌اند که می‌توانند یک نقطه
کوانتومی را شناسایی نموده و از آن تصویربرداری نمایند، حتی اگر نوری
از خود نشر نکند؛ به عبارت دیگر، تصویربرداری حذفی امکان مشاهده
سیستم‌های مورد نشر حتی در حالت خاموش آنها ایجاد می‌کند.