S využitím „molekulárních antén“ lze nasměrovat elektrickou energii do izolačních nanočástic a díky tomu vytvářet novou třídu ultračistých světelných diod blízkého infračerveného záření pro lékařskou diagnostiku, optickou komunikaci a snímání.
Nanočástice dopované lanthanoidy (LnNP) jsou proslulé mimořádnou schopností vyzařovat velmi čisté a stabilní světlo, zejména v oblasti blízké infračervenému spektru, které dokáže pronikat hluboko do biologických tkání. Vždy ale trpěly záludným hendikepem. Nejsou totiž elektricky vodivé, kvůli čemuž je nebylo možné začlenit do moderních elektronických zařízení a vytvářet z nich světelné diody (LED). Vědci Cavendishovy laboratoře na Univerzitě v Cambridgi však vyvinuli metodu, jak elektricky napájet nevodivé nanočástice, ačkoliv to doposud bylo za běžných podmínek považováno za nemožné. Připojením organických molekul fungujících jako miniaturní antény vytvořili z těchto slibných nanočástic novou třídu kvalitních LED s vyzařováním blízkým infračervenému spektru, využitelných pro lékařskou diagnostiku, optickou komunikaci a senzory. Jak říká Akshay Rao, který výzkum v Cavendishově laboratoři vedl, tyto nanočástice jsou fantastickými zářiči, ale nedokázali je napájet elektřinou, což bylo hlavní překážkou pro jejich využití v běžných technologiích. S kolegy v podstatě našli zadní vrátka, jak tyto nanočástice napájet. Jejich inovativním řešením bylo vytvoření organicko-anorganického hybridního materiálu. Právě organické molekuly zde fungují jako antény zachycující nosiče náboje a poté je „přenášejí“ nanočásticím prostřednictvím speciálního tripletového procesu přenosu energie, který je překvapivě efektivní. Na povrch LnNP tedy připojili organické barvivo s molekulami kyseliny 9-anthracenkarboxylové (9-ACA ). V nově navržených LED jsou náboje vstřikovány do těchto molekul 9-ACA , které fungují právě jako molekulární antény, spíše než do samotných nanočástic. Molekuly tuto energii zachycují a vstupují do excitovaného stavu známého jako tripletový stav. Ten je v mnoha jiných optických systémech obvykle považován za „tmavý“ neboli ztracený. V tomto systému se však energie ze začátku tripletu přenáší s účinností přes 98 % na lanthanoidové ionty uvnitř izolačních nanočástic, což způsobuje jejich brilantní záření. Tato nová metoda umožňuje zapnout LnLED s nízkým provozním napětím kolem 5 V a produkovat elektroluminiscenci s mimořádně úzkou spektrální šířkou, což ji činí výrazně čistší než u konkurenčních technologií, jako jsou kvantové tečky (QD). „Čistota světla v druhém okně blízké infračervené oblasti, které vyzařují naše LnLED diody, je obrovskou výhodou,“ řekl Dr. Zhongzheng Yu, hlavní autor studie a postdoktorandský výzkumný pracovník v Cavendishově laboratoři. „Pro aplikace, jako je biomedicínské snímání nebo optická komunikace, je potřeba velmi ostrá, specifická vlnová délka. Naše zařízení toho dosahují bez námahy, což je s jinými materiály velmi obtížné.“
