A Cambridge-i Egyetem tudósai sikeresen tápláltak szigetelő nanorészecskéket molekuláris antennák segítségével, és egy rendkívül tiszta közeli infravörös LED-et fejlesztettek ki. A kutatás eredményei, amelyeket a *Nature* november 19-i számában tettek közzé, egy új, ultratiszta közeli infravörös LED-osztály létrehozását jelzik, amelyek potenciális alkalmazási lehetőségeket kínálnak az orvosi diagnosztikában, az optikai kommunikációs rendszerekben és az érzékelési technológiákban. A Cambridge-i Egyetem Cavendish Laboratóriumának kutatócsoportja a nano-optoelektronikai anyagok és eszközök tanulmányozására összpontosít.
A kutatócsoport felfedezte, hogy szerves molekulák, konkrétan 9-antracénkarbonsav (9-ACA) cériummal adalékolt ritkaföldfém nanorészecskékhez (LnNP-k) való kapcsolásával ezek a molekulák miniatűr antennákként működnek, hatékonyan továbbítva az elektromos energiát ezeknek a jellemzően nem vezetőképes részecskéknek. Ez az innovatív módszer lehetővé teszi, hogy ezek a nanorészecskék, amelyek sokáig inkompatibilisek voltak az elektronikus alkatrészekkel, most először tudjanak fényt kibocsátani.
A kutatás középpontjában a cériummal adalékolt nanorészecskék (LnNP-k) állnak, amelyek rendkívül tiszta és stabil fény kibocsátásáról ismertek, különösen a második közeli infravörös tartományban, amely képes behatolni a sűrű biológiai szövetekbe. Ezen előnyök ellenére az elektromos vezetőképesség hiánya régóta megakadályozza alkalmazásukat elektronikus alkatrészekben, például LED-ekben.
A kutatócsoport egy szerves és szervetlen komponenseket ötvöző hibrid anyag kifejlesztésével oldotta meg ezt a problémát. Funkcionális rögzítőcsoportokat tartalmazó szerves festékeket rögzítettek az LnNP-k külső felületére. Az így létrehozott LED-ben a töltés a 9-ACA molekulákba vezetődik, amelyek molekuláris antennaként működnek, ahelyett, hogy közvetlenül a nanorészecskékhez továbbítanák a töltést.
Miután beindultak, ezek a molekulák gerjesztett triplet állapotba kerülnek. Sok optikai rendszerben ezt a triplet állapotot jellemzően sötétnek tekintik, és nem hasznosítják; ebben a kialakításban azonban az energia több mint 98%-a a triplet állapotból a szigetelő nanorészecskékben található cériumionokhoz kerül át, ami erős és hatékony fénykibocsátást eredményez. Ez az új módszer lehetővé teszi, hogy a csapat LnLED-jei alacsony, körülbelül 5 voltos feszültségen működjenek, és rendkívül keskeny spektrális szélességű elektrolumineszcenciát állítsanak elő, amelynek csúcs külső kvantumhatásfoka meghaladja a 0,6%-ot, így jelentősen felülmúlják a versenytárs technológiákat, például a kvantumpöttyöket.
Ez a felfedezés széleskörű potenciális alkalmazási lehetőségeket nyit meg a jövőbeli orvostechnikai eszközök számára. A miniatűr, injektálható vagy viselhető LnLED-ek felhasználhatók mélyszöveti képalkotásra olyan betegségek kimutatására, mint a rák, a szervek működésének valós idejű monitorozására vagy a fényérzékeny gyógyszerek pontos kiváltására. A kibocsátott fény tisztasága és keskeny spektrumszélessége ígéretes lehet a gyorsabb és tisztább optikai kommunikációs rendszerek számára is, ami potenciálisan hatékonyabb adatátvitelhez vezethet kevesebb interferenciával.