Accendere e spegnere i nanocristalli, per sempre
Nel 2021, alcuni scienziati hanno fatto l’entusiasmante scoperta che le nanoparticelle drogate con lantanide possono innescare una reazione a catena estrema che produce luce. Ora, con il parziale sostegno del progetto AETSOM finanziato dall’UE, sono riusciti a far loro accendere e spegnere la propria luce deliberatamente e indefinitamente. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista «Nature». I coloranti organici e le proteine fluorescenti utilizzati in applicazioni come la memoria ottica e l’immaginografia biomedica di solito lampeggiano in modo casuale fino a quando perdono la loro capacità di essere fluorescenti, oscurandosi definitivamente. Questo fenomeno è chiamato fotodecadimento. I nanocristalli drogati con lantanide sono invece straordinariamente fotostabili. Come descritto in un comunicato stampa di «Eurekalert!», gli scienziati che lavorano nel laboratorio di P. James Schuck autore senior dello studio e professore associato presso la Columbia University, ente statunitense partner del progetto AETSOM, non ne avevano mai visto uno spegnersi in tanti anni di ricerca. Poi, nel 2018, hanno osservato un cristallo diventare scuro e poi riaccendersi. Ulteriori ricerche hanno portato a scoprire che il comportamento di lampeggiamento delle fibre ottiche di lantanide poteva essere controllato. Per assicurarsi di aver davvero trovato la prima nanoparticella completamente fotostabile e fotocommutabile, il team ha utilizzato la luce nel vicino infrarosso per oscurare e illuminare i nanocristalli in diversi ambienti normali o acquosi. Dopo averli accesi e spenti più di mille volte, non c’era ancora alcun segno di degradazione. «Possiamo spegnere queste particelle, che altrimenti non subiscono fotodecadimento, con una lunghezza d’onda della luce e riaccenderle con un’altra, semplicemente usando dei comuni laser», ha osservato l’autore principale dello studio, il dottor Changhwan Lee, ricercatore post-dottorato presso la Columbia University.
Potenziali applicazioni
Come riportato nel comunicato stampa, il team ha mostrato come le nanoparticelle possano essere utilizzate per scrivere e riscrivere schemi su substrati 3D, il che in futuro potrebbe contribuire a migliorare l’archiviazione ottica dei dati ad alta densità e la memoria dei computer. «Questo nanocristallo capace di fotocommutazione indefinita e bidirezionale potrebbe portare a un dispositivo di memoria quantistica interamente ottico per la memorizzazione dell’enorme quantità di dati prodotti dai computer quantistici, come dei CD-ROM e CD-RW, ma più veloci e molto più precisi», spiega il coautore prof. Yung Doug Suh dell’Istituto di ricerca coreano di tecnologia chimica, nella Corea del Sud. Oltre a far progredire l’archiviazione ottica dei dati, le nanoparticelle fotocommutabili potrebbero aprire molte altre porte, dando impulso a un’ampia gamma di tecnologie che vanno dalla diagnostica per immagini a super-risoluzione e dalla nanofotonica alla farmacologia mirata, all’optogenetica e alla reattività chimica. Ma cosa rende possibile tutto ciò? Come avviene la fotocommutazione in questi nanocristalli? Il team ritiene che, nel loro lavoro, la fotocommutazione sia il risultato di difetti atomici del cristallo così piccoli da non poter essere visti nemmeno con i microscopi elettronici più avanzati. «Questi difetti spostano la soglia della valanga di particelle verso l’alto o verso il basso e possono essere attivati da diverse lunghezze d’onda della luce per rendere il segnale più debole o più luminoso», si legge nel comunicato stampa. Secondo il coautore, il dott. Bruce Cohen del Lawrence Berkeley National Laboratory negli Stati Uniti, questo studio era del tutto inaspettato. «Fin dal nostro articolo del 2009 avevamo detto che questa classe di nanoparticelle non si accende e non si spegne, eppure è proprio ciò che stiamo studiando. Uno degli insegnamenti tratti lavorando con queste nanoparticelle è stato l’accoglimento di risultati inconsueti.» AETSOM (Engineering a solution to the «resolution gap» problem for probing local optoelectronic properties in low-dimensional materials) è coordinato dall’Università Ebraica di Gerusalemme. Il progetto terminerà nell’agosto 2024. Per ulteriori informazioni, consultare il sito: progetto AETSOM
Parole chiave
AETSOM, nanoparticella, nanocristallo, luce, lantanide, fotocommutazione
