Исследователи из лаборатории Кавендиша Кембриджского университета разработали новый метод подачи электричества на изолированные наночастицы — задача, которая ранее считалась невыполнимой в нормальных условиях.
Новая техника
Используя «молекулярные антенны», учёные направили электрическую энергию в изолированные наночастицы. Это позволило создать новый класс сверхчистых светодиодов ближнего инфракрасного диапазона (NIR-II LEDs) для медицинской диагностики, оптической связи и сенсорики.
Органические молекулы как антенны
Команда создала гибридный материал «органика-неорганика». Они прикрепили органический краситель с функциональной группой-якорем, называемый 9-антраценкарбоновой кислотой (9-ACA), к поверхности наночастиц, допированных лантаноидами (LnNPs).
В разработанных светодиодах заряды вводятся в молекулы 9-ACA, а не в сами наночастицы. Молекулы улавливают эту энергию и переходят в возбуждённое состояние, известное как триплетное состояние.
Обычно это триплетное состояние считается «тёмным» или потерянным во многих других оптических системах. Но в этой системе энергия из триплетного состояния передаётся с эффективностью более 98% ионам лантаноидов внутри изолированных наночастиц, заставляя их ярко светиться.
Этот новый метод позволяет «LnLEDs» команды включаться при низком рабочем напряжении около 5 вольт и производить электролюминесценцию с исключительно узкой спектральной шириной, что делает их значительно чище, чем конкурирующие технологии, такие как квантовые точки (QDs).
Потенциал для медицины и связи
«Чистота света во втором окне ближнего инфракрасного диапазона, излучаемого нашими LnLEDs, является огромным преимуществом», — сказал доктор Чжунчжэн Юй, ведущий автор исследования и научный сотрудник лаборатории Кавендиша. «Для таких применений, как биомедицинское зондирование или оптическая связь, вам нужна очень резкая, специфическая длина волны. Наши устройства достигают этого без особых усилий, что очень сложно сделать с другими материалами».
Это открытие открывает широкий спектр потенциальных применений. Благодаря своей способности излучать исключительно чистый свет при подаче электричества, эти наночастицы могут способствовать разработке медицинских устройств нового поколения. Крошечные, инъекционные или носимые LnLEDs могут использоваться для визуализации глубоких тканей для обнаружения таких заболеваний, как рак, мониторинга функции органов в режиме реального времени или активации светочувствительных лекарств с высокой точностью.
Чистота и узкая спектральная ширина излучаемого света также обещают более быстрые и чёткие системы оптической связи, потенциально позволяющие передавать больше данных с меньшими помехами. Технология также может привести к созданию высокочувствительных устройств для обнаружения специфических химических веществ или биологических маркеров.