科學家們已經揭示了所使用的技術。 “分子天線”將電能傳輸到絕緣納米粒子 這種方法創造了一個新的超純近紅外 LED 系列，可用於醫療診斷。光通信系統和靈敏探測器
劍橋大學卡文迪什實驗室的研究人員發現了一種將電流驅動到通常不導電的材料中的方法。此前，這被認為在正常條件下是不可能的。通過附著精心挑選的像微型天線一樣的有機分子，他們用絕緣納米粒子創造了第一個發光二極管（LED）。他們的工作已被報導。 自然指出用於深層組織生物醫學成像和高速數據傳輸的新一代設備。
該團隊專注於稀土摻雜納米顆粒（LnNP），這是一種因產生極其純淨和穩定的光而備受讚譽的材料。這些納米粒子在第二近紅外區域特別有效。它們可以深入滲透到生物組織中。然而，到目前為止，它們的電絕緣特性阻礙了它們集成到 LED 等標準電子元件中。
卡文迪什實驗室這項研究的主要作者阿克謝·拉奧教授說：“這些納米顆粒是令人驚嘆的發光體。但我們無法用電為它們提供動力。這是阻止它們使用日常技術的主要障礙。” “我們基本上找到了一個後門來為它們提供動力。有機分子就像天線一樣，捕獲電荷載流子，並通過一種特殊的雙能量轉移過程將它們‘耳語’到納米粒子，這種過程非常高效。”
具有分子天線的有機-無機雜化物的設計
為了克服絕緣問題，研究人員創建了有機-無機雜化結構，他們附著帶有稱為酸的官能團的有機染料。在新型 LED 中，電荷被注入這些 9-ACA 分子中，這些分子充當分子天線。而不是直接進入納米粒子
一旦通電，9-ACA 分子就會進入激發孿生態。在許多視覺系統中，這種孿生狀態被認為是“暗”，這意味著它的能量經常被浪費而不是轉化為有用的光。然而，在該設計中，來自孿生態的能量以超過 98% 的效率轉移到絕緣納米顆粒內的鑭系離子。因此，它們發出令人難以置信的亮度的光。
低電壓超純近紅外光
利用這種方法，該團隊的“LnLED”可以同時以大約5伏的相對較低的工作電壓打開。它們還產生光譜寬度非常窄的電致發光。這使得排放比許多競爭技術更純淨。包括量子點（QD）
該研究的主要作者、卡文迪什實驗室的博士後助理研究員Zhongzheng Yu博士表示：“我們的LnLED發射的第二個近紅外窗口中的光純度是一個巨大的優勢。”對於生物醫學傳感或光通信等應用。您需要一個清晰的、特定的波長。我們的設備可以輕鬆實現這一目標。這是其他材料很難做到的。 ”
生物醫學成像光通信和檢測潛力
這是因為這些電動納米粒子可以發出乾淨、清晰的光。因此，它可以構成先進醫療技術的基礎。可注入或集成到可穿戴設備中的小型 LnLED。它可用於深層組織成像以尋找癌症。實時跟踪器官功能或高精度刺激光觸發藥物。
窄光譜輸出也使其對光通信具有吸引力。純淨、穩定的波長有助於以更少的干擾傳輸更多信息。該平台還可以支持檢測非常特定的化學物質或生物標記的高靈敏度傳感器。改進的環境診斷和監測工具
第一代性能和未來方向
在早期測試中，研究人員實現了第一代由電絕緣納米粒子製成的 NIR-II LED 器件的最大外部量子效率超過 0.6%。這個表現非常有希望。該團隊還確定了優化未來設計的明確路徑。
卡文迪什實驗室博士後研究員鄧雲洲博士補充道：“這只是一個開始。我們已經解鎖了一類全新的光電子材料。” “基本原理如此多樣化，以至於我們現在可以探索有機分子和絕緣納米材料的無數組合。這將使我們能夠創造出具有針對我們以前從未想到的應用而優化的性能的設備。”
這項工作得到了英國研究與創新 (UKRI) 前沿研究補助金 (EP/Y015584/1) 和博士後個人獎學金 (Marie Skłodowska-Curie 獎學金計劃) 的支持。
