Одиночный нанокристалл KTiOPO4 для микроскопии второй гармоники

Нелинейная микроскопия второй гармоники (SHG) стала широко используемой техникой для исследования межфазных явлений и визуализации биологических образцов. В этом контексте недавно изучались различные ненецентросимметричные нанометрические источники света, например органические нанокристаллы. В таких системах резонансное оптическое взаимодействие приводит к усилению нелинейного отклика, но также вызывает паразитные эффекты, вредные для практических приложений, а именно фоторезистентное выцветание из-за двухфотонного остаточного поглощения. Напротив, неорганические ненецентросимметричные материалы с сильно несогласованным (far-off-resonance) взаимодействием избегают этого ограничения. Недавние достижения получены с использованием нанопроволок KNbO3 в качестве настраиваемого источника для субдлинаволновой оптической микроскопии и нанокристаллитов Fe(IO3)3 как многообещающих SHG-активных частиц с потенциальным применением в биологии. Однако либо размеры используемых кристаллов по-прежнему порядка микрометра вдоль одной оси, либо соответствующий объемный материал трудно вырастить, так что характеристики кристаллов недоступны напрямую. Дополнительный подход заключается в рассмотрении хорошо известного SHG-активного объемного материала и исследовании его свойств в форме наночастиц. Рассматривались различные материалы, например BaTiO3 и ZnO. В этом плане мы были одними из пионеров в данной области, исследуя известный материал KTP. Фосфат титилкалия (KTiOPO4, KTP) является широко используемым нелинейным кристаллом. Исследования этого материала были сосредоточены на оптимальном выращивании крупных однокристаллов, которые нашли многочисленные применения в лазерной технике для эффективного преобразования частоты. Здесь мы показываем, что частицы KTP нанометрического размера (нано-KTP) являются привлекательным материалом для SHG-микроскопии. При фемтосекундной накачке и в амбиентных условиях одиночный нано-KTP размером примерно 60 нм, независимо определенный методом атомно-силовой микроскопии (AFM), генерирует совершенно стабильный, без мерцаний сигнал второй гармоники, который легко детектируется в режиме подсчета фотонов. Более того, мы демонстрируем, что этот одиночный нанокристалл может