金纳米粒子间隙内发光分子可同步闪烁

金纳米粒子间隙内发光分子可同步闪烁——挑战了关于光学相干性如何形成的长期假设

英国剑桥大学卡文迪许实验室与圣安德鲁斯大学的科学家发现，当发光分子置身于金纳米粒子间不足一纳米宽的间隙时，会采取集体行动，像萤火虫般默契地同步闪烁。这一发现不仅挑战了关于光学相干性如何形成的长期假设，也为能在室温下工作的高灵敏度传感器、分子光子学和未来量子技术开辟了全新可能。相关论文发表于新一期《自然·纳米技术》杂志。

实验中，团队用连续激光照射这些分子，并观察其发光行为。结果显示：激光功率较低时，发射的光仅限于被照亮的点；随着功率增加，光芒扩散成一片超出激光束范围的发光光晕，相隔甚远的分子开始遥相呼应，一起振荡，仿佛是一个整体在行动。

团队表示，这是一种同步的偶极状态，但它又与传统激光器截然不同，发射的光并未高度聚焦，而是在离开纳米腔后迅速失去相干性。

为揭开背后的奥秘，团队结合激光激发、干涉测量与理论分析，发现相干性的根源并非光子在光学腔内的来回反弹，而是分子通过相邻金纳米粒子间微小间隙中的强电磁相互作用，直接彼此同步。干涉测量清晰显示，分子在整个样品中产生了空间相干性。

此前，科学家一直认为这种高度有序的一致行为，须依赖专门设计、能长久囚禁光子的光学腔。而此项研究却证实，在一个高度无序的系统中，室温下便生出了光学相关性，这无异于为在简单组装的室温材料中探索连贯的多体物理学打开了一扇新窗。

团队计划进一步探究纳米间隙的大小、分子密度、无序程度，以及光耦合等因素如何影响这一同步状态。他们还希望尝试其他发射体，如分子量子位和色心，看看这类等离子体纳米腔能否催生出未来的室温量子光子平台。