Учени създадоха „невъзможни“ светодиоди, като накараха изолаторите да светят

Учени от Кеймбриджския университет постигнаха пробив, като създадоха светодиоди от материали, които преди това се смятаха за „непроводими“ на електричество. Изследването им, публикувано в списанието Nature описва нов метод, позволяващ изолиращи наночастици, легирани с лантаноиди (LnNPs) да светят.

Тези наночастици са известни със способността си да излъчват изключително чиста и стабилна светлина в близкия инфрачервен диапазон, което ги прави перспективни за медицинска визуализация и сензори. Основният им недостатък обаче беше неспособността да провеждат електрически ток. Екипът под ръководството на професор Акшай Рао реши този проблем, като прикрепи към наночастиците специални органични молекули, които действат като „молекулни антени“. Те улавят носителите на заряд и предават енергия на наночастиците чрез процес на пренос на триплетна енергия.

„Тези наночастици са фантастични излъчватели на светлина, но не можехме да ги захранваме с електричество. Това беше основната пречка. По същество ние намерихме „заден вход“ за тяхното захранване. Органичните молекули действат като антени, улавяйки носители на заряд и след това „предавайки“ ги на наночастиците чрез специален процес на пренос на триплетна енергия, който е удивително ефективен“.

обясни професор Рао

В хибридния материал учените са използвали органичен багрилен агент – 9-антраценкарбонова киселина (9-ACA), прикрепена към повърхността на LnNPs. Електрическите заряди се насочват към молекулите на 9-ACA, които преминават в възбудено „триплетно състояние“. Енергията на това състояние се предава на лантаноидните йони вътре в наночастиците с ефективност над 98%, карайки изолиращите наночастици да излъчват ярка светлина.

Създадените устройства, наречени „LnLED“ работят при относително ниско напрежение от около 5 волта. Те произвеждат електролуминесценция с изключително тясна спектрална ширина, осигурявайки много по-чиста светлина в сравнение с квантовите точки.

„Чистотата на светлината във втория близък инфрачервен прозорец е огромно предимство. За биомедицинските сензори или оптичните комуникации е необходима много остра, специфична дължина на вълната. Нашите устройства постигат това без усилие.“

отбеляза д-р Чжунчжен Юй

Технологията може да намери приложение в медицината (например, в миниатюрни инжектируеми или носими светодиоди за откриване на рак и мониторинг на органи), както и в системи за оптична комуникация и високочувствителни детектори. Първите прототипи на устройствата вече демонстрираха пикова външна квантова ефективност над 0,6%.

„Това е само началото. Открихме изцяло нов клас материали за оптоелектрониката. Фундаменталният принцип е толкова универсален, че вече можем да изследваме безброй комбинации от органични молекули и изолиращи наноматериали.“

добави д-р Юнчжоу Ден