Cambridge Üniversitesi'ndeki bilim insanları, moleküler antenler kullanarak yalıtkan nanopartiküllere güç sağlamayı başardılar ve son derece saf bir yakın kızılötesi LED geliştirdiler. 19 Kasım tarihli *Nature* sayısında yayınlanan bu araştırmanın sonuçları, tıbbi teşhis, optik iletişim sistemleri ve algılama teknolojilerinde potansiyel uygulamalara sahip yeni bir ultra saf yakın kızılötesi LED sınıfının yaratıldığını gösteriyor. Cambridge Üniversitesi'ndeki Cavendish Laboratuvarı'ndaki araştırma ekibi, nano-optoelektronik malzeme ve cihazların incelenmesine odaklanıyor.
Araştırma ekibi, organik molekülleri, özellikle de 9-antrasenkarboksilik asidi (9-ACA) seryum katkılı nadir toprak nanopartiküllerine (LnNP'ler) bağlayarak, bu moleküllerin minyatür antenler gibi davranarak elektrik enerjisini bu tipik olarak iletken olmayan parçacıklara etkili bir şekilde aktardığını keşfetti. Bu yenilikçi yöntem, uzun süredir elektronik bileşenlerle uyumsuz olan bu nanopartiküllerin ilk kez ışık yaymasını sağlıyor.
Araştırmanın özü, özellikle yoğun biyolojik dokulara nüfuz edebilen ikinci yakın kızılötesi aralıkta son derece saf ve kararlı ışık üretmeleriyle bilinen bir malzeme sınıfı olan seryum katkılı nanopartiküllerdir (LnNP'ler). Bu avantajlara rağmen, elektriksel iletkenliklerinin olmaması, LED'ler gibi elektronik bileşenlerde kullanımlarını uzun süredir engellemektedir.
Araştırma ekibi, organik ve inorganik bileşenleri birleştiren bir hibrit malzeme geliştirerek bu sorunu çözdü. LnNP'lerin dış yüzeyine fonksiyonel bağlayıcı gruplar içeren organik boyalar eklediler. Oluşturulan LED'de, yük doğrudan nanopartiküllere iletilmek yerine, moleküler anten görevi gören 9-ACA moleküllerine yönlendiriliyor.
Tetiklendikten sonra, bu moleküller uyarılmış üçlü duruma geçer. Birçok optik sistemde, bu üçlü durum genellikle "d"dark" ifadesi olarak kabul edilir ve kullanılmaz; ancak bu tasarımda, enerjinin %98'inden fazlası üçlü durumdan yalıtkan nanopartiküller içindeki seryum iyonlarına aktarılarak parlak ve verimli bir ışık emisyonu sağlanır. Bu yeni yöntem, ekibin LnLED'lerinin yaklaşık 5 voltluk düşük bir voltajda çalışmasını ve son derece dar bir spektral genişliğe ve %0,6'yı aşan bir tepe dış kuantum verimliliğine sahip elektrolüminesans üretmesini sağlayarak, kuantum noktaları gibi rakip teknolojilere kıyasla önemli ölçüde üstünlük sağlar.
Bu keşif, gelecekteki tıbbi cihazlar için geniş bir potansiyel uygulama yelpazesi sunuyor. 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 görüntülemede kullanılabilir. Yayılan ışığın saflığı ve dar spektral genişliği, daha hızlı ve daha net optik iletişim sistemleri için de umut vadediyor ve potansiyel olarak daha az parazitle daha verimli veri iletimine yol açıyor.