Forskere ved University of Cambridge har gjort det mange kalte umulig: De har klart å drive elektrisitet gjennom isolerende nanopartikler for å skape lys. Gjennombruddet kan endre medisinsk diagnostikk og avansert kommunikasjonsteknologi. Studien er publisert i Nature.

Hva er nytt?

Kjernen i funnet er bruken av organiske molekyler som fungerer som mikroskopiske antenner. Ved Cavendish Laboratory har forskerne festet det organiske fargestoffet 9-anthracenecarboxylic acid (9-ACA) til overflaten av lanthanid-dopede nanopartikler (LnNPs). Disse partiklene er kjent for å gi ekstremt rent og stabilt lys, særlig i det nær-infrarøde området.

Problemet har vært at slike nanopartikler er elektriske isolatorer og derfor ubrukelige i vanlige elektroniske lyskilder. Løsningen ble å bruke de organiske molekylene som en bro mellom strømtilførsel og nanopartiklenes lysemitterende egenskaper.

Slik fungerer teknologien

De organiske antennemolekylene tar opp elektrisk energi og overfører den videre til lanthanid-ionene i nanopartiklene. Denne energioverføringen skjer med over 98 prosent effektivitet, og resultatet er et svært rent nær-infrarødt lys med smal spektral bredde – smalere enn i konkurrerende teknologier som kvanteprikk-baserte LED-er.

Hvorfor det betyr noe

Spektral renhet er avgjørende for presise målinger. Jo renere lyset er, desto bedre kan man skille signal fra støy.

• Medisinsk diagnostikk: Nær-infrarødt lys kan trenge gjennom hud og vev med mindre absorpsjon og spredning enn synlig lys. Det kan gi bedre bildeoppløsning ved undersøkelser av dypt vev.
• Energieffektivitet: LED-ene kan kjøres på rundt 5 volt, noe som er gunstig for bærbare enheter og implantater.
• Kommunikasjon og sensorer: Den høye spektrale renheten åpner for avanserte optiske kommunikasjonssystemer og presis sensorteknologi.

Fra «umulig» til mulig

At isolerende nanopartikler nå kan inngå i elektroniske lyskilder, markerer et skifte. De organiske antennene fungerer som en effektiv kobling til nanopartiklene, slik at de kan inngå i elektrisk drevne enheter. Cambridge-teamet omtaler enhetene som LnLEDs – og etablerer dermed en ny kategori optoelektroniske enheter.

Resultatene

• Driftsspenning: Omtrent 5 volt.
• Energioverføring: Over 98 prosent fra organiske antenner til lanthanid-ionene.
• Lyskvalitet: Ekstremt rent nær-infrarødt lys med smalere spektral bredde enn kvanteprikk-baserte LED-er.

Kombinasjonen av lav spenning, høy effektiv energioverføring og spektral renhet gir enheter som både er presise og energieffektive.

Kildene bak arbeidet er oppgitt som Nature, ScienceDaily, University of Cambridge og Phys.org.

Gjennombruddet fra Cambridge viser hvordan organiske antennemolekyler kan koble den elektriske og optiske verden sammen i isolerende nanopartikler. Med renere lys, lavere spenning og høy energioverføring kan LnLEDs få stor betydning for medisinsk teknologi, sensorer og telekommunikasjon i årene som kommer.