Учёные создали LED из изолирующих наночастиц с помощью «молекулярных антенн»

Исследователи из Кембриджского университета совершили прорыв, заставив светиться электрическим током материалы, которые обычно являются изоляторами. Для этого они использовали органические молекулы в роли «антенн», которые передают энергию наночастицам.

Учёные работали с наночастицами, легированными лантаноидами — материалами, известными своей способностью излучать очень чистый и стабильный свет, особенно в ближнем инфракрасном диапазоне. Однако их изолирующие свойства не позволяли создать на их основе обычные светодиоды (LED).

В этом художественном изображении наночастица, легированная лантаноидом, представлена в виде паука, а паутина из 9-антраценкарбоновой кислоты играет роль органической антенны. Автор: Чжунчжэн Юй.

Решение заключалось в создании гибридной структуры. К поверхности наночастиц прикрепили органическую молекулу 9-антраценкарбоновой кислоты (9-ACA). В новом устройстве электрический заряд сначала попадает в эти молекулы-«антенны». Затем, через высокоэффективный процесс передачи энергии, они «заряжают» лантаноидные ионы внутри изолирующей наночастицы, заставляя их излучать свет.

«Эти наночастицы — прекрасные источники света, но мы не могли питать их электричеством. Мы, по сути, нашли чёрный ход, чтобы запитать их. Органические молекулы действуют как антенны», — пояснил руководитель исследования профессор Акшай Рао.

Полученные светодиоды, названные LnLED, работают при напряжении около 5 вольт и излучают свет в ближнем инфракрасном диапазоне с исключительной спектральной чистотой. Это превосходит аналогичные показатели многих современных технологий, включая квантовые точки.

«Чистота света, излучаемого нашими LnLED, — огромное преимущество. Для биомедицинских сенсоров или оптической связи нужна очень острая, специфическая длина волны. Наши устройства достигают этого без усилий», — отметил ведущий автор работы доктор Чжунчжэн Юй.

Эта технология открывает путь к созданию нового поколения устройств для глубокой биомедицинской визуализации (например, для обнаружения опухолей), высокоскоростной оптической связи и высокочувствительных сенсоров. Эффективность первых прототипов уже превысила 0,6%, что является многообещающим результатом для устройства первого поколения.

Исследование, поддержанное грантами UK Research and Innovation, было опубликовано в журнале Nature.