Исследователи из лаборатории Кавендиша Кембриджского университета решили давнюю проблему в оптоэлектронике. Они нашли способ «питать» электричеством наночастицы, которые раньше не проводили ток, — так называемые наночастицы, легированные лантанидами (LnNPs).
Благодаря этомуудалось создать новый тип светодиодов — LnLEDs, которые могут стать основой для более точной медицинской диагностики, быстрой оптической связи и высокочувствительных химических сенсоров.
LnNPs известны тем, что дают очень чистый и стабильный свет, особенно во втором ближнем инфракрасном диапазоне (NIR-II). Этот свет хорошо проходит сквозь биологические ткани, поэтому его часто используют в медицине.
Проблема была в том, что такие частицы не проводят электричество, поэтому создать на их основе электронные устройства было невозможно.
Профессор Акшай Рао объяснил: «Эти наночастицы — замечательные излучатели света, но мы не могли питать их электричеством. Это был серьезный барьер», — сказал он.
Чтобы обойти эту проблему, команда прикрепила к поверхности LnNP органическую молекулу — краситель 9-антраценкарбоновую кислоту (9-ACA).
Читайте также:
Ученые создали наночастицы, способные победить бактерии за считаные секунды Эта органическая молекула работает как «антенна»:
- электрический заряд поступает не в саму наночастицу, а в эту молекулу;
- она захватывает энергию и переходит в так называемое «темное» возбужденное состояние;
- с эффективностью более 98% передает эту энергию ионам лантанида внутри наночастицы;
- результат — яркое, сверхчистое свечение.
Читайте также:
Теоретик частицы Бога. Умер физик Питер Хиггс, предсказавший существование одноименного бозона «Органические молекулы работают как антенны — они ловят заряд и тихо „передают“ его наночастице через специальный процесс переноса энергии».
Новые светодиоды работают от низкого напряжения — около 5 В.
Главное преимущество — сверх суженный спектр света. Это дает очень точную длину волны, что сложно получить от квантовых точек или других материалов.
Соавтор исследования доктор Чжунчжэн Ю подчеркнул: «Чистота света в инфракрасном диапазоне — огромное преимущество. Для биомедицинских сенсоров или оптической связи вы хотите очень точную длину волны — наши устройства обеспечивают это без труда».
Благодаря чистому сигналу и электрическому управлению технология открывает много направлений:
- Медицина: миниатюрные или даже инъекционные светодиоды для глубинной визуализации тканей, например, поиска опухолей или контроля работы органов.
- Оптическая связь: более быстрая и чистая передача данных благодаря очень узкой длине волны.
- Химические сенсоры: выявление отдельных молекул благодаря сверхточному световому сигналу.
Читайте также:
Красивый эксперимент. Большой адронный коллайдер обнаружил сразу три ранее неизвестных частицы
