Учени от Университета в Кеймбридж успешно захранваха изолационни наночастици, използвайки молекулярни антени, разработвайки изключително чист светодиод в близката инфрачервена област. Резултатите от това изследване, публикувани в броя на *Природа* от 19 ноември, бележат създаването на нов клас ултрачисти светодиоди в близката инфрачервена област с потенциални приложения в медицинската диагностика, оптичните комуникационни системи и сензорните технологии. Изследователският екип в лабораторията „Кавендиш“ към Университета в Кеймбридж се фокусира върху изучаването на нанооптоелектронни материали и устройства.
Изследователският екип откри, че чрез прикрепване на органични молекули, по-специално 9-антраценкарбоксилна киселина (9-АКА), към легирани с церий редкоземни наночастици (LnNPs), тези молекули действат като миниатюрни антени, ефективно прехвърляйки електрическа енергия към тези типично непроводящи частици. Този иновативен метод позволява на тези наночастици, които отдавна са несъвместими с електронни компоненти, да излъчват светлина за първи път.
В основата на изследването са наночастиците, легирани с церий (LnNPs), клас материали, известни с това, че произвеждат изключително чиста и стабилна светлина, особено във втория близък инфрачервен диапазон, която може да проникне през плътна биологична тъкан. Въпреки тези предимства, липсата на електрическа проводимост отдавна е възпрепятствала използването им в електронни компоненти като светодиоди.
Изследователският екип реши този проблем, като разработи хибриден материал, комбиниращ органични и неорганични компоненти. Те прикрепиха органични багрила, съдържащи функционални закотвящи групи, към външната повърхност на LnNPs. В конструирания светодиод зарядът се насочва към 9-АКА молекулите, които действат като молекулярни антени, вместо директно да прехвърля заряда към наночастиците.
След като бъдат задействани, тези молекули навлизат във възбудено триплетно състояние. В много оптични системи това триплетно състояние обикновено се счита за тъмно състояние и не се използва; при този дизайн обаче над 98% от енергията се прехвърля от триплетното състояние към цериевите йони в изолиращите наночастици, което води до ярко и ефективно излъчване на светлина. Този нов метод позволява на LnLED на екипа да работят при ниско напрежение от приблизително 5 волта и да произвеждат електролуминесценция с изключително тясна спектрална ширина и пикова външна квантова ефективност над 0,6%, което ги прави значително по-добри от конкурентните технологии като квантовите точки.
Това откритие отваря широк спектър от потенциални приложения за бъдещи медицински устройства. Миниатюрни, инжекционни или носими LnLED диоди биха могли да се използват за изобразяване на дълбоки тъкани за откриване на заболявания като рак, наблюдение на функцията на органите в реално време или прецизно задействане на фоточувствителни лекарства. Чистотата и тясната спектрална ширина на излъчената светлина също така предлагат обещание за по-бързи и по-ясни оптични комуникационни системи, което потенциално води до по-ефективно предаване на данни с по-малко смущения.