Language
Country/Area
No result found
Тайна квантовой физики: как двухфотонное возбуждение позволяет нам исследовать внутреннюю часть молекул?
В области квантовой физики двухфотонное поглощение (ДФА) — это увлекательное явление, которое позволяет ученым наблюдать и изучать внутреннюю структуру и поведение молекул совершенно новым способом. Проще говоря, двухфотонное поглощение — это процесс, когда два фотона (одной или разных частот) поглощаются одновременно, возбуждая атом или молекулу, тем самым повышая его энергетическое состояние до более высокого электронно-возбужденного состояния. Этот процесс позволяет нам исследовать свойства молекул неразрушающим способом, не причиняя им вреда.
Самое замечательное в двухфотонном поглощении то, что его вероятность пропорциональна квадрату интенсивности света, что обуславливает необходимость использования лазеров высокой интенсивности при изучении этого явления.
Двухфотонное поглощение было впервые предсказано Марией Гепперт-Майер в 1931 году и экспериментально подтверждено 30 лет спустя с появлением лазерных технологий. Ученые впервые наблюдали двухфотонную возбужденную флуоресценцию в кристалле, легированном европейской платиной, а затем в парах натрия и полупроводниках из сульфида кадмия. Эти предварительные результаты заложили основу для развития двухфотонной технологии и привели к ее многочисленным применениям, включая биомедицинскую визуализацию и материаловедение.
Основные принципы двухфотонного поглощения
При двухфотонном поглощении молекула света передает энергию через виртуальный энергетический уровень, а это означает, что ей не нужно полагаться на промежуточное электронное состояние для поглощения фотона. В этом процессе энергия фотонов должна суммироваться достаточно, чтобы подтолкнуть молекулу из основного состояния в возбужденное состояние, и этот процесс считается нелинейным, поскольку для этого требуется, чтобы два фотона одновременно достигли одного и того же положения молекулы. каждое поглощение взаимодействует.
Благодаря процессу двухфотонного поглощения мы можем исследовать структуру молекул и даже отображать их под микроскопом, что имеет большой потенциал в биологических и химических исследованиях.
Применение в экспериментах
Технология двухфотонного возбуждения широко используется в области биологической визуализации и материаловедения и известна своей способностью наблюдать клеточное и молекулярное поведение с высоким разрешением. В то же время, благодаря малому повреждению образцов, ученые могут проводить динамические эксперименты путем длительного наблюдения. В наиболее распространенных экспериментальных установках для этого метода используются импульсные лазеры, такие как оптические параметрические генераторы для лазерных диодов или накачки Nd:YAG с удвоенной частотой.
Правила отбора и методы измерения
Правила отбора для двухфотонного поглощения полностью отличаются от правил для однофотонного поглощения, а методы его измерения разнообразны, включая двухфотонную возбужденную флуоресценцию, самофокусировку, z-сканирование и другие технологии. Центральное место в этих методах занимает определение того, сколько фотонов поглощается образцом и как структура молекулы влияет на ее поглощающие свойства.
Эти эксперименты не только способствуют фундаментальным научным исследованиям, но и привносят инновации в технику и технологии, становясь важным инструментом для определения свойств материалов.
Будущие задачи и перспективы
Хотя исследования в области технологии двухфотонного поглощения достигли значительного прогресса, они по-прежнему сталкиваются со многими проблемами. С одной стороны, то, как точно контролировать энергию и интенсивность фотонов в различных средах для получения требуемого эффекта возбуждения, все еще требует углубления, с другой стороны, чувствительность к утечкам и шуму также нуждается в дальнейшем улучшении; Это Уменьшите помехи в более практических приложениях.
Подводя итог, можно сказать, что технология двухфотонного возбуждения — это не только научный прорыв, но и побуждает нас переосмыслить природу молекул и наше понимание микроскопического мира. Поскольку эта область продолжает развиваться, какие новые открытия и возможности ждут нас в будущем?
