Een nieuw artikel van de fysicus Boldizsár Jankó en collega's van de Universiteit van Notre Dame biedt een belangrijk nieuw begrip van een blijvend mysterie in de chemische fysica.

Meer dan een eeuw geleden, aan het begin van de moderne kwantummechanica, de Nobelprijswinnende natuurkundige Neils Bohr voorspelde zogenaamde 'kwantumsprongen'. Hij voorspelde dat deze sprongen te wijten zouden zijn aan elektronen die overgangen maken tussen discrete energieniveaus van individuele atomen en moleculen. Hoewel controversieel in de tijd van Bohr, dergelijke kwantumsprongen werden experimenteel waargenomen, en zijn voorspelling bevestigd, in 1980. Recenter, met de ontwikkeling van beeldvormingstechnieken met één molecuul in het begin van de jaren negentig, het was mogelijk om vergelijkbare sprongen in individuele moleculen waar te nemen.

Experimenteel, deze kwantumsprongen vertalen zich in discrete onderbrekingen van de continue emissie van afzonderlijke moleculen, het onthullen van een fenomeen dat bekend staat als fluorescerende intermittency of "knipperen".

Echter, terwijl bepaalde gevallen van knipperen direct kunnen worden toegeschreven aan de oorspronkelijke kwantumsprongen van Bohr, er zijn veel meer gevallen waarin de waargenomen fluorescentie-intermittency zijn voorspellingen niet volgt. specifiek, in systemen zo divers als fluorescerende eiwitten, enkele moleculen en lichte oogstcomplexen, enkele organische fluoroforen, en, meest recent, individuele anorganische nanostructuren, er treden duidelijke afwijkingen van de voorspellingen van Bohr op.

Als gevolg hiervan, vrijwel alle bekende fluoroforen, inclusief fluorescerende kwantumstippen, staven en draden, vertonen onverklaarbare episodes van intermitterend knipperen in hun emissie.

De heersende wijsheid op het gebied van de kwantummechanica was dat de aan en uit knipperende afleveringen niet gecorreleerd waren. Echter, op een conferentie in 2007 over het fenomeen gesponsord door het Notre Dame's Institute for Theoretical Sciences, die Jankó regisseert, Fernando Stefani van de Universiteit van Buenos Aires presenteerde onderzoek dat suggereerde dat er, in feite, correlatie tussen deze aan en uit gebeurtenissen. Geen enkel theoretisch model dat op dat moment beschikbaar was, kon deze correlaties verklaren.

In een 2008 Natuurfysica papier, Jankó en een groep onderzoekers, waaronder professor chemie in de Notre Dame, Ken Kuno, fysica bezoekende assistent-professor Pavel Frantsuzov en Nobelprijswinnaar Rudolph Marcus suggereerden dat de aan- en uit-tijdsintervallen van intermitterende nanokristal-kwantumdots de universele machtswetverdelingen volgen. De ontdekking gaf Jankó en andere onderzoekers in het veld de eerste hints voor het ontwikkelen van een dieper inzicht in het fysieke mechanisme achter het enorme scala aan aan- en uit-tijden in de tussenpozen.

In een nieuw artikel dat in het tijdschrift verschijnt Nano-letters , Janko, Frantsuzov en afgestudeerde student Notre Dame Sándor Volkán-Kascó onthullen dat ze een model hebben ontwikkeld voor het knipperende fenomeen dat bevestigt wat Stefani experimenteel heeft waargenomen. De bevinding is een belangrijke bevestiging dat er een sterke correlatie bestaat tussen het aan en uit-fenomeen.

Als het knipperproces kon worden gecontroleerd, kwantumstippen kunnen, bijvoorbeeld, beter bieden, stabielere beeldvorming van kankercellen; onderzoekers voorzien van realtime beelden van een virale infectie, zoals hiv, binnen een cel; leiden tot de ontwikkeling van een nieuwe generatie helderdere beeldschermen voor computers, mobiele telefoons en andere elektronische toepassingen; en zelfs verbeterde verlichtingsarmaturen voor huizen en kantoren.

De Nano-letters papier vertegenwoordigt een andere belangrijke stap in het begrijpen van de oorsprong van het knipperende fenomeen en het identificeren van manieren om het proces te beheersen.