Anteny molekularne zamiast kabli

Kluczem do odkrycia okazały się tzw. anteny molekularne – odpowiednio dobrane cząsteczki organiczne, które potrafią „przechwytywać” ładunek elektryczny i przekazywać go dalej. Dzięki nim badacze nauczyli się zasilać izolujące nanocząstki, czyli materiały, które normalnie w ogóle nie reagują na prąd.

Reklama

W praktyce oznacza to powstanie zupełnie nowego typu diod LED, zbudowanych z nanocząstek domieszkowanych lantanowcami. Materiały te były od dawna znane z tego, że emitują światło o wyjątkowej czystości i stabilności – problem polegał na tym, że nie dało się ich podłączyć do elektroniki. Aż do teraz.

Nowa generacja diod LED. Jak to działa?

Naukowcy połączyli nanocząstki z organicznym barwnikiem – kwasem 9-antracenokarboksylowym (9-ACA). To właśnie on pełni rolę anteny. Prąd elektryczny trafia najpierw do cząsteczki organicznej, a dopiero potem – w niezwykle wydajnym procesie transferu energii – do wnętrza nanocząstki.

Co ciekawe, wykorzystywany jest tu tzw. stan trypletowy, który w wielu technologiach uznawany jest za „ślepą uliczkę”, bo energia zwykle się w nim marnuje. W nowym rozwiązaniu ponad 98% tej energii zostaje jednak skutecznie przekazane dalej i zamienione w światło.

Reklama

Światło idealne do medycyny i komunikacji

Efekt? Diody LED emitujące ultra-czyste światło bliskiej podczerwieni, i to przy niskim napięciu – około 5 woltów. Emitowane promieniowanie ma wyjątkowo wąskie widmo, znacznie czystsze niż w przypadku popularnych kropek kwantowych.

Dlaczego to takie ważne? Drugi zakres bliskiej podczerwieni bardzo dobrze przenika przez tkanki biologiczne. To oznacza ogromny potencjał dla:

  • obrazowania głęboko położonych tkanek i nowotworów,
  • monitorowania pracy narządów w czasie rzeczywistym,
  • precyzyjnego aktywowania leków za pomocą światła.

Równie ciekawie wygląda przyszłość w komunikacji optycznej, gdzie czyste i stabilne długości fali pozwalają przesyłać więcej danych z mniejszymi zakłóceniami, oraz w czujnikach wykrywających konkretne substancje chemiczne czy biomarkery.

Pierwsza generacja urządzeń. Dopiero początek

Choć obecna wersja technologii osiąga sprawność rzędu 0,6%, badacze podkreślają, że to dopiero pierwsza generacja urządzeń. Sama koncepcja jest niezwykle uniwersalna i pozwala łączyć różne cząsteczki organiczne z wieloma izolującymi nanomateriałami.

Jak mówią autorzy badań, opublikowanych w czasopiśmie Nature, otworzyła się właśnie nowa przestrzeń dla optoelektroniki – pełna rozwiązań, których zastosowań jeszcze nawet nie potrafimy przewidzieć.

Jedno jest pewne: „niemożliwe” właśnie stało się możliwe.

Źródło: University of Cambridge