Gli scienziati dell'Università di Cambridge sono riusciti ad alimentare nanoparticelle isolanti utilizzando antenne molecolari, sviluppando un LED nel vicino infrarosso estremamente puro. I risultati di questa ricerca, pubblicati nel numero del 19 novembre di *Nature*, segnano la creazione di una nuova classe di LED nel vicino infrarosso ultra puri con potenziali applicazioni nella diagnostica medica, nei sistemi di comunicazione ottica e nelle tecnologie di rilevamento. Il team di ricerca del Cavendish Laboratory dell'Università di Cambridge si concentra sullo studio di materiali e dispositivi nano-optoelettronici.
Il team di ricerca ha scoperto che legando molecole organiche, in particolare acido 9-antracenecarbossilico (9-ACA), a nanoparticelle di terre rare drogate con cerio (LnNP), queste molecole agiscono come antenne in miniatura, trasferendo efficacemente energia elettrica a queste particelle tipicamente non conduttive. Questo metodo innovativo consente a queste nanoparticelle, a lungo incompatibili con i componenti elettronici, di emettere luce per la prima volta.
Il cuore della ricerca risiede nelle nanoparticelle drogate con cerio (LnNP), una classe di materiali noti per la produzione di luce estremamente pura e stabile, in particolare nel secondo intervallo del vicino infrarosso, in grado di penetrare i tessuti biologici densi. Nonostante questi vantaggi, la loro scarsa conduttività elettrica ne ha a lungo impedito l'utilizzo in componenti elettronici come i LED.
Il team di ricerca ha risolto questo problema sviluppando un materiale ibrido che combina componenti organici e inorganici. Hanno attaccato coloranti organici contenenti gruppi funzionali di ancoraggio alla superficie esterna delle LnNP. Nel LED costruito, la carica viene guidata nelle molecole di 9-ACA, che agiscono come antenne molecolari, anziché trasferire direttamente la carica alle nanoparticelle.
Una volta attivate, queste molecole entrano in uno stato di tripletto eccitato. In molti sistemi ottici, questo stato di tripletto è tipicamente considerato uno stato di tripletto scuro e non viene utilizzato; tuttavia, in questo progetto, oltre il 98% dell'energia viene trasferito dallo stato di tripletto agli ioni di cerio all'interno delle nanoparticelle isolanti, con conseguente emissione luminosa brillante ed efficiente. Questo nuovo metodo consente ai LnLED del team di funzionare a una bassa tensione di circa 5 volt e di produrre elettroluminescenza con una larghezza spettrale estremamente stretta e un'efficienza quantica esterna di picco superiore allo 0,6%, rendendoli significativamente superiori alle tecnologie concorrenti come i punti quantici.
Questa scoperta apre un'ampia gamma di potenziali applicazioni per i futuri dispositivi medici. I LnLED miniaturizzati, iniettabili o indossabili potrebbero essere utilizzati per l'imaging dei tessuti profondi, per rilevare malattie come il cancro, monitorare la funzionalità degli organi in tempo reale o indurre con precisione la somministrazione di farmaci fotosensibili. La purezza e la ridotta ampiezza spettrale della luce emessa promettono inoltre sistemi di comunicazione ottica più veloci e chiari, con il potenziale di una trasmissione dei dati più efficiente e con minori interferenze.