Un nouvel article du physicien de l'Université de Notre Dame Boldizsár Jankó et de ses collègues offre une nouvelle compréhension importante d'un mystère persistant en physique chimique.

Il y a plus d'un siècle, à l'aube de la mécanique quantique moderne, le physicien Neils Bohr, lauréat du prix Noble, a prédit des «sauts quantiques». Il a prédit que ces sauts seraient dus à des transitions d'électrons entre des niveaux d'énergie discrets d'atomes et de molécules individuels. Bien que controversé à l'époque de Bohr, de tels sauts quantiques ont été observés expérimentalement, et sa prédiction vérifiée, Dans les années 1980. Plus récemment, avec le développement des techniques d'imagerie monomoléculaire au début des années 90, il a été possible d'observer des sauts similaires dans des molécules individuelles.

Expérimentalement, ces sauts quantiques se traduisent par des interruptions discrètes de l'émission continue de molécules uniques, révélant un phénomène connu sous le nom d'intermittence fluorescente ou de « clignotement ».

Cependant, tandis que certains cas de clignotement peuvent être directement attribués aux sauts quantiques originaux de Bohr, il existe de nombreux autres cas où l'intermittence de fluorescence observée ne suit pas ses prédictions. Spécifiquement, dans des systèmes aussi divers que les protéines fluorescentes, molécules simples et complexes de récolte de lumière, fluorophores organiques simples, et, plus récemment, nanostructures inorganiques individuelles, des écarts clairs par rapport aux prédictions de Bohr se produisent.

En conséquence, pratiquement tous les fluorophores connus, y compris les points quantiques fluorescents, tiges et fils, présentent des épisodes inexplicables de clignotement intermittent dans leur émission.

La sagesse dominante dans le domaine de la mécanique quantique était que les épisodes clignotants allumés et éteints n'étaient pas corrélés. Cependant, lors d'une conférence en 2007 sur le phénomène parrainée par l'Institut des sciences théoriques de Notre-Dame, que Jankó dirige, Fernando Stefani de l'Université de Buenos Aires a présenté des recherches suggérant qu'il y avait, En réalité, corrélation entre ces événements activés et désactivés. Aucun modèle théorique disponible à l'époque n'était en mesure d'expliquer ces corrélations.

Dans un 2008 Physique de la nature papier, Jankó et un groupe de chercheurs qui comprenait le professeur de chimie de Notre Dame Ken Kuno, Le professeur adjoint invité de physique Pavel Frantsuzov et le lauréat du prix Nobel Rudolph Marcus ont suggéré que les intervalles de temps d'activation et de désactivation des points quantiques de nanocristaux intermittents suivent les distributions de la loi de puissance universelle. La découverte a fourni à Jankó et à d'autres chercheurs dans le domaine les premiers indices pour développer une compréhension plus approfondie du mécanisme physique derrière la vaste gamme de temps d'activation et de désactivation dans l'intermittence.

Dans un nouvel article paru dans la revue Lettres nano , Janko, Frantsuzov et l'étudiant diplômé de Notre Dame Sándor Volkán-Kascó révèlent qu'ils ont développé un modèle pour le phénomène de clignotement qui confirme ce que Stefani a observé expérimentalement. La découverte est une confirmation importante qu'il existe une forte corrélation entre le phénomène d'activation et de désactivation.

Si le processus de clignotement pouvait être contrôlé, les points quantiques pourraient, par exemple, fournir mieux, imagerie plus stable des cellules cancéreuses; fournir aux chercheurs des images en temps réel d'une infection virale, comme le VIH, dans une cellule; conduire au développement d'une nouvelle génération d'écrans d'affichage plus lumineux pour les ordinateurs, téléphones portables et autres applications électroniques; et même des appareils d'éclairage améliorés pour les maisons et les bureaux.

Les Lettres nano papier représente une autre étape importante dans la compréhension des origines du phénomène de clignotement et l'identification des moyens de contrôler le processus.