受激辐射损耗(STED)荧光显微技术是德国科学家1994年提出的。经过20多年的发展，STED显微镜已经成为微纳光学成像检测领域最为强大的工具。其无与伦比的高分辨率使得人类能够突破传统光学显微镜只能看到细胞尺寸的限制，使得人类观察细节的能力向下提升了一个数量级以上。其发明人Stefan Hell教授更因为该项成果获得2014年诺贝尔化学奖。

    STED荧光显微技术与普通荧光显微镜不同的是，该技术需要两束光而不是一束光作用于所观测的荧光样品。为了获得更高的观测分辨率，提高第二束光的光强是该技术自诞生以来一直采用的方法。虽然Stefan Hell教授早在理论上就预言了该技术具备获得1纳米以下高分辨率的能力，然而不可能无限制提高第二束光光强的实际使得这一预言迟迟难以实现。

    华中科技大学武汉光电国家研究中心的甘棕松教授团队长期以来研究STED荧光显微技术，并成功地将该技术的核心思想移植到光刻技术上。该团队基于该技术核心思想，研发出了双光束超分辨光刻技术，并成功地造出了两代双光束超分辨光刻样机。目前该样机展示出了9纳米线宽（相当于5纳米制程）的超高分辨率，预示着该技术具有超越国际原有紫外光刻技术的能力。目前荷兰阿斯麦公司极紫外光刻机可实现7纳米制程，为了通过设备升级优化，还可以进一步提升到5、3、1纳米。然而在双光束超分辨光刻技术的研究过程中，甘棕松教授发现了与STED荧光显微技术相同的问题。那就是虽然在理论上双光束超分辨光刻技术具备1纳米以下制造分辨率的潜力，但经过长期优化材料和提升光刻样机性能，仍然在实验上没能证实这一点。

    通过深入研究，甘棕松教授团队终于发现了存在于STED荧光显微技术和双光束超分辨光刻技术之中这一相似问题的秘密。原来这两件相似的事情都起源于同一个原因，那就是STED荧光显微技术和双光束超分辨光刻技术均采用了第二束光直接受激辐射损耗的机理来提升分辨率。为解决存在于这两个重要领域的同一问题，甘棕松教授团队提出了间接受激辐射损耗机理。为了证明该机理的有效性，甘棕松教授团队进行了理论研究，在理论上证明了采用间接受激辐射损耗机理提高显微成像分辨率时，第二束光的光强在大幅度降低的情况下，仍然可以得到采用直接受激辐射损耗机理时相同的分辨率。在低光强的作用下，各种副作用和非线性效果大大降低，因此可在原有第二束光光强的基础下，进一步提升分辨率，使得分辨率突破1纳米限制。该研究成果以“An indirectly stimulated emission depletion method for STED microscopy”为题，发表在近期Journal of Physics D-Applied Physics期刊上。该论文通讯作者甘棕松教授谈到：“我们这项研究预示受激辐射损耗荧光显微技术将迎来间接损耗新发展。我们提出的间接损耗概念不仅仅将帮助光学显微镜真正进入亚纳米时代，而且也将对第六代双光束超分辨光刻机在分辨率上完全超越第五代极紫外光刻机做出了预言。这个预言就是第六代双光束超分辨光刻机具备进入亚纳米分辨率的潜力。我们团队长期以来专注于先进光刻技术的研究及其工业应用。尽管在目前我们在双光束超分辨光刻领域取得了国际领先的地位，自主研发出了两代双光束超分辨光刻样机，并且第一代双光束超分辨光刻样机已经实现了商品销售，但是外界对我们仍然存在较大的怀疑。这个怀疑是多方面的。首先，我个人在双光束超分辨光刻领域已经研究了十多年了。光刻机虽然在我国全民关注，但是光刻机在国外是非常成熟的。要在这样领域发表所谓的高水平论文难度较高，同时我们团队又比较关注做出真正的设备。其次，因为研究该技术的人非常少，导致双光束超分辨光刻还有很多问题没有澄清和解决。虽然大家不再怀疑第六代双光束超分辨光刻机能取得与第五代极紫外光刻机相当的分辨率，但是第六代双光束超分辨光刻机是否具备亚纳米分辨率潜力仍然是没有被证明的。我们这项研究成果将有望为证明这个关键的命题提供核心思路。”

    该论文第一作者博士研究生骆志军谈到：“STED荧光显微技术采用两束激光共同作用荧光材料，一束激发光激发材料荧光，另一束激光损耗对应波长荧光，就能够得到远小于衍射极限的分辨率。对于同一材料，第二束损耗光光强越强，能够得到的荧光分辨率越高，但是高功率密度光强会损伤荧光材料和标记样品。我们提出的间接损耗STED理论，将有望解决这一问题。我们的研究同时还指出半导体量子点是验证间接损耗STED理论目前最有希望的备选荧光材料。我们将在进一步的研究中利用量子点在实验上证实我们是对的。对此我们充满期待。”

    该项工作得到了国家自然科学基金创新研究群体项目（No.61821003)、国家自然科学基金面上项目资助（No.61775068）、深圳市科技创新委员会基金(No. JCYJ20180507184503128)的支持。