Oamenii de știință de la Universitatea din Cambridge au reușit să alimenteze nanoparticule izolatoare folosind antene moleculare, dezvoltând un LED extrem de pur în infraroșu apropiat. Rezultatele acestei cercetări, publicate în numărul din 19 noiembrie al revistei *Nature*, marchează crearea unei noi clase de LED-uri ultra-pure în infraroșu apropiat, cu potențiale aplicații în diagnosticarea medicală, sistemele de comunicații optice și tehnologiile de detectare. Echipa de cercetare de la Laboratorul Cavendish din cadrul Universității din Cambridge se concentrează pe studiul materialelor și dispozitivelor nano-optoelectronice.
Echipa de cercetare a descoperit că, prin atașarea de molecule organice, în special acid 9-antracencarboxilic (9-ACA), la nanoparticule de pământuri rare (LnNP) dopate cu ceriu, aceste molecule acționează ca niște antene miniaturale, transferând eficient energia electrică către aceste particule, de obicei neconductoare. Această metodă inovatoare permite acestor nanoparticule, care au fost mult timp incompatibile cu componentele electronice, să emită lumină pentru prima dată.
Nucleul cercetării constă în nanoparticulele dopate cu ceriu (LnNP), o clasă de materiale cunoscute pentru producerea de lumină extrem de pură și stabilă, în special în gama a doua a infraroșului apropiat, care poate penetra țesutul biologic dens. În ciuda acestor avantaje, lipsa lor de conductivitate electrică a împiedicat mult timp utilizarea lor în componente electronice precum LED-urile.
Echipa de cercetare a rezolvat această problemă prin dezvoltarea unui material hibrid care combină componente organice și anorganice. Aceștia au atașat coloranți organici care conțin grupuri de ancorare funcționale pe suprafața exterioară a LnNP-urilor. În LED-ul construit, sarcina este ghidată în moleculele 9-ACA, care acționează ca antene moleculare, în loc să transfere direct sarcina către nanoparticule.
Odată declanșate, aceste molecule intră într-o stare tripletă excitată. În multe sisteme optice, această stare tripletă este de obicei considerată o stare "întunecată și nu este utilizată; cu toate acestea, în acest design, peste 98% din energie este transferată din starea tripletă la ionii de ceriu din nanoparticulele izolatoare, rezultând o emisie de lumină puternică și eficientă. Această nouă metodă permite LnLED-urilor echipei să funcționeze la o tensiune joasă de aproximativ 5 volți și să producă electroluminescență cu o lățime spectrală extrem de îngustă și o eficiență cuantică externă de vârf care depășește 0,6%, ceea ce le face semnificativ superioare tehnologiilor concurente, cum ar fi punctele cuantice.
Această descoperire deschide o gamă largă de aplicații potențiale pentru viitoarele dispozitive medicale. LnLED-urile miniaturale, injectabile sau purtabile ar putea fi utilizate pentru imagistica țesuturilor profunde pentru a detecta boli precum cancerul, a monitoriza funcția organelor în timp real sau a declanșa cu precizie medicamente fotosensibile. Puritatea și lățimea spectrală îngustă a luminii emise oferă, de asemenea, promisiuni pentru sisteme de comunicații optice mai rapide și mai clare, ceea ce ar putea duce la o transmisie de date mai eficientă, cu mai puține interferențe.