Cambridge Üniversitesi'ndeki bilim insanları, moleküler antenler kullanarak yalıtkan nanopartikülleri başarıyla çalıştırarak son derece saf bir yakın kızılötesi LED geliştirdiler. 19 Kasım tarihli *Nature* dergisinde yayınlanan bu araştırmanın sonuçları, tıbbi teşhis, optik iletişim sistemleri ve algılama teknolojilerinde potansiyel uygulamaları olan yeni bir ultra saf yakın kızılötesi LED sınıfının yaratılmasını işaret ediyor. Cambridge Üniversitesi'ndeki Cavendish Laboratuvarı'ndaki araştırma ekibi, nano-optoelektronik malzemeler ve cihazlar üzerine çalışmalar yürütüyor.
Araştırma ekibi, organik molekülleri, özellikle 9-antrasenkarboksilik asidi (9-ACA), sezyum katkılı nadir toprak nanopartiküllerine (LnNP'ler) bağlayarak, bu moleküllerin minyatür antenler gibi davrandığını ve elektrik enerjisini bu tipik olarak iletken olmayan parçacıklara etkili bir şekilde aktardığını keşfetti. Bu yenilikçi yöntem, uzun zamandır elektronik bileşenlerle uyumsuz olan bu nanopartiküllerin ilk kez ışık yaymasını sağlıyor.
Araştırmanın özü, özellikle yoğun biyolojik dokuya nüfuz edebilen ikinci yakın kızılötesi aralığında son derece saf ve kararlı ışık üretmesiyle bilinen bir malzeme sınıfı olan sezyum katkılı nanopartiküllerde (LnNP'ler) yatmaktadır. Bu avantajlarına rağmen, elektriksel iletkenliklerinin olmaması, uzun zamandır LED'ler gibi elektronik bileşenlerde kullanılmalarını engellemiştir.
Araştırma ekibi, organik ve inorganik bileşenleri birleştiren hibrit bir malzeme geliştirerek bu sorunu çözdü. Fonksiyonel bağlayıcı gruplar içeren organik boyaları LnNP'lerin dış yüzeyine bağladılar. Oluşturulan LED'de, yük doğrudan nanopartiküllere aktarılmak yerine, moleküler anten görevi gören 9-ACA moleküllerine yönlendiriliyor.
Tetiklendikten sonra, bu moleküller uyarılmış üçlü bir duruma geçer. Birçok optik sistemde, bu üçlü durum tipik olarak karanlık bir durum olarak kabul edilir ve kullanılmaz; ancak bu tasarımda, enerjinin %98'inden fazlası üçlü durumdan yalıtkan nanopartiküller içindeki sezyum iyonlarına aktarılır ve bu da parlak ve verimli ışık yayılımına yol açar. Bu yeni yöntem, ekibin LnLED'lerinin yaklaşık 5 voltluk düşük bir voltajda çalışmasına ve son derece dar bir spektral genişliğe ve %0,6'yı aşan tepe harici kuantum verimliliğine sahip elektrolüminesans üretmesine olanak tanıyarak, kuantum noktaları gibi rakip teknolojilere göre önemli ölçüde üstün olmalarını sağlar.
Bu keşif, gelecekteki tıbbi cihazlar için geniş bir uygulama yelpazesinin önünü açıyor. Minyatür, enjekte edilebilir veya giyilebilir LnLED'ler, kanser gibi hastalıkları tespit etmek, organ fonksiyonlarını gerçek zamanlı olarak izlemek veya ışığa duyarlı ilaçları hassas bir şekilde tetiklemek için derin doku görüntülemesinde kullanılabilir. Yayılan ışığın saflığı ve dar spektral genişliği, daha hızlı ve daha net optik iletişim sistemleri için de umut vaat ediyor ve potansiyel olarak daha az parazitle daha verimli veri iletimine yol açabilir.
