Ученые из Кембриджского университета успешно запитали изолирующие наночастицы с помощью молекулярных антенн, разработав светодиод ближнего инфракрасного диапазона с чрезвычайно чистым излучением. Результаты этого исследования, опубликованные в номере журнала *Природа* от 19 ноября, знаменуют собой создание нового класса сверхчистых светодиодов ближнего инфракрасного диапазона с потенциальными областями применения в медицинской диагностике, оптических системах связи и сенсорных технологиях. Исследовательская группа Кавендишской лаборатории Кембриджского университета специализируется на изучении нанооптоэлектронных материалов и устройств.
Исследовательская группа обнаружила, что присоединение органических молекул, в частности 9-антраценкарбоновой кислоты (9-АКА), к наночастицам редкоземельных элементов, легированных церием (ЛнНП), позволяет этим молекулам действовать как миниатюрные антенны, эффективно передавая электрическую энергию этим обычно непроводящим частицам. Этот инновационный метод впервые позволяет этим наночастицам, которые долгое время были несовместимы с электронными компонентами, излучать свет.
В основе исследований лежат наночастицы, легированные церием (ЛнНП), — класс материалов, известных своей способностью производить чрезвычайно чистый и стабильный свет, особенно во втором ближнем инфракрасном диапазоне, который может проникать сквозь плотные биологические ткани. Несмотря на эти преимущества, их недостаточная электропроводность долгое время препятствовала их использованию в электронных компонентах, таких как светодиоды.
Исследовательская группа решила эту проблему, разработав гибридный материал, сочетающий органические и неорганические компоненты. Они прикрепили органические красители, содержащие функциональные якорные группы, к внешней поверхности наночастиц ЛнНП. В созданном светодиоде заряд направляется в молекулы 9-АКА, которые действуют как молекулярные антенны, а не передается непосредственно на наночастицы.
После активации эти молекулы переходят в возбужденное триплетное состояние. Во многих оптических системах это триплетное состояние обычно считается неактивным и не используется; однако в данной конструкции более 98% энергии передается из триплетного состояния ионам церия внутри изолирующих наночастиц, что приводит к яркому и эффективному световому излучению. Этот новый метод позволяет разработанным командой LnLED работать при низком напряжении около 5 вольт и производить электролюминесценцию с чрезвычайно узкой спектральной шириной и пиковой внешней квантовой эффективностью, превышающей 0,6%, что делает их значительно превосходящими конкурирующие технологии, такие как квантовые точки.
Это открытие открывает широкий спектр потенциальных применений для будущих медицинских устройств. Миниатюрные, инъекционные или носимые LnLED-дисплеи могут использоваться для глубокой визуализации тканей с целью обнаружения таких заболеваний, как рак, мониторинга функций органов в режиме реального времени или точного запуска фоточувствительных лекарств. Чистота и узкая спектральная ширина излучаемого света также открывают перспективы для более быстрых и четких оптических систем связи, что потенциально может привести к более эффективной передаче данных с меньшими помехами.
