劍橋大學(xué)（University of Cambridge）的科學(xué)家們成功利用分子天線為絕緣奈米顆粒（nanoparticles）供電，開發(fā)出極為純凈的近紅外LED。這項(xiàng)研究的成果發(fā)表在11 月 19 日的《自然》（Nature）期刊上，標(biāo)志著一個(gè)全新類別的超純近紅外 LED 的誕生，在醫(yī)療診斷、光通訊系統(tǒng)和感測(cè)技術(shù)等領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室（Cavendish Laboratory）的研究團(tuán)隊(duì)專注于奈米光電材料與器件的研究。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，透過(guò)將有機(jī)分子9-蒽甲酸（9-ACA）附著在摻鈰稀土奈米顆粒（LnNPs）上，這些分子如同微型天線，能夠有效地將電能傳遞給這些通常無(wú)法導(dǎo)電的顆粒。這個(gè)創(chuàng)新方法使這些長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)法與電子元件集成的奈米顆粒，首次能夠發(fā)出光。

研究的核心是摻鈰奈米顆粒（LnNPs），這類材料以其產(chǎn)生極為純凈和穩(wěn)定的光而聞名，特別是在第二近紅外范圍內(nèi)，能夠穿透密集的生物組織。盡管這些顆粒具有優(yōu)勢(shì)，但由于缺乏電導(dǎo)性，長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)法應(yīng)用于LED等電子元件。

研究團(tuán)隊(duì)透過(guò)開發(fā)一種結(jié)合有機(jī)和無(wú)機(jī)成分的混合材料來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。他們將含有功能性錨定基團(tuán)的有機(jī)染料附著在LnNPs的外表面，并在所構(gòu)建的LED中，電荷被引導(dǎo)進(jìn)入9-ACA分子，這些分子作為分子天線，而不是直接將電荷傳遞給奈米顆粒。

一旦被觸發(fā)，這些分子會(huì)進(jìn)入激發(fā)的三重態(tài)。在許多光學(xué)系統(tǒng)中，這種三重態(tài)通常被視為「暗態(tài)」不被利用，然而在這個(gè)設(shè)計(jì)中，超過(guò)98%的能量從三重態(tài)傳遞給絕緣奈米顆粒中的鈰離子，產(chǎn)生明亮且高效的光發(fā)射。這種新方法使得團(tuán)隊(duì)的LnLEDs能以約5伏的低工作電壓?jiǎn)?dòng)，并產(chǎn)生具有極窄光譜寬度的電致發(fā)光，峰值外量子效率超過(guò)0.6%，這使其顯著優(yōu)于量子點(diǎn)等競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)為未來(lái)的醫(yī)療設(shè)備開啟廣泛的應(yīng)用潛力。微型、可注射或可穿戴的LnLEDs可用于深層組織成像，以檢測(cè)癌癥等疾病，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)器官功能，或精確觸發(fā)光敏藥物。發(fā)射光的純度和窄光譜寬度也為更快、更清晰的光通訊系統(tǒng)提供了希望，可能使得數(shù)據(jù)傳輸更高效，干擾更少。

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