Nowa era w technologii LED dzięki hybrydowym nanocząstkom
Zespół badaczy z Cavendish Laboratory na Uniwersytecie Cambridge opracował przełomową technikę umożliwiającą elektryczne zasilanie izolujących nanocząstek. Dzięki zastosowaniu specjalnych organicznych cząsteczek działających jak miniaturowe anteny, powstała nowa generacja diod LED emitujących niezwykle czyste światło w zakresie bliskiej podczerwieni (NIR).
Organiczne anteny molekularne – klucz do zasilania izolatorów
W badaniach wykorzystano nanocząstki domieszkowane lantanowcami (LnNPs), znane z wyjątkowej czystości i stabilności emitowanego światła. Dotychczas ich izolacyjny charakter uniemożliwiał zastosowanie w klasycznych układach elektronicznych. Rozwiązaniem okazało się przyłączenie do powierzchni nanocząstek organicznego barwnika – 9-antracenokarboksylowego (9-ACA), pełniącego rolę anteny molekularnej.
„Te nanocząstki są znakomitymi emiterami światła, ale nie mogliśmy ich zasilać elektrycznie. To była główna bariera uniemożliwiająca ich wykorzystanie w codziennej technologii. Znaleźliśmy niejako tylne wejście do ich zasilania.” – profesor Akshay Rao
Ładunki elektryczne są wprowadzane do cząsteczek 9-ACA, które następnie przekazują energię do nanocząstek poprzez wydajny proces transferu energii w stanie trypletowym.
Ultra-czyste światło NIR i niskie napięcie pracy
Nowe diody „LnLEDs” można zasilać napięciem około 5 V, a ich emisja charakteryzuje się bardzo wąskim zakresem widmowym. To sprawia, iż generowane światło jest znacznie czystsze niż w przypadku wielu konkurencyjnych technologii, takich jak kropki kwantowe.
„Czystość światła w drugim oknie bliskiej podczerwieni emitowanego przez nasze LnLEDs to ogromna zaleta. W zastosowaniach biomedycznych czy komunikacji optycznej pożądane są bardzo precyzyjne długości fali. Nasze urządzenia osiągają to bez wysiłku.” – dr Zhongzheng Yu
Zastosowania: diagnostyka medyczna i komunikacja optyczna
Hybrydowe diody LED mogą znaleźć zastosowanie w zaawansowanych technologiach medycznych, takich jak głębokie obrazowanie tkanek, monitorowanie funkcji narządów czy aktywacja leków światłoczułych. Ich wąska emisja widmowa jest również atrakcyjna dla systemów komunikacji optycznej i precyzyjnych sensorów chemicznych oraz biologicznych.
Wyniki pierwszych testów i perspektywy rozwoju
Wstępne testy wykazały zewnętrzną wydajność kwantową powyżej 0,6% dla pierwszej generacji diod NIR-II. Naukowcy podkreślają potencjał dalszego zwiększania efektywności oraz możliwość tworzenia urządzeń o zindywidualizowanych adekwatnościach dzięki łączeniu różnych cząsteczek organicznych i nanomateriałów izolujących.
„To dopiero początek. Otworzyliśmy zupełnie nową klasę materiałów dla optoelektroniki.” – dr Yunzhou Deng
Źródło: ScienceDaily
