Nanopartikler øger intensiteten af ​​Quantum Dots Glow

(PhysOrg.com) - Demonstration af præcisions-DNA-baseret nanosamlingsmetode til fremstilling af lysemitterende partikelklynger kan føre til fremskridt inden for solceller, optoelektronik, og biosensorer

Ved at forbinde individuelle halvlederkvanteprikker med guldnanopartikler, forskere ved det amerikanske energiministeriums (DOE) Brookhaven National Laboratory har demonstreret evnen til at øge intensiteten af ​​lys udsendt af individuelle kvanteprikker med op til 20 gange. Præcisionsmetoden til fremstilling af lysemitterende partikelklynger -- offentliggjort online 26. juli, 2010 i bladet ChemComm - vil i høj grad fremme videnskabsmænds evne til at studere og ændre de optiske egenskaber af kvanteprikker, og kunne i sidste ende føre til forbedrede solenergikonverteringsenheder, lysstyret elektronik, og biosensorer.

"Kvanteprikker - bittesmå krystaller af halvledermaterialer, der fluorescerer, eller udsender lys, som reaktion på fotoexcitation - har et enormt potentiale til brug på en lang række områder fra solenergikonvertering til computere og medicin, " sagde Mircea Cotlet, en fysisk kemiker ved Brookhavens Center for Functional Nanomaterials (CFN) og hovedforfatter på den aktuelle undersøgelse. "Men mange faktorer kan påvirke det lys, de udsender, og det er svært at sortere bidragene fra disse faktorer i store stikprøver på grund af det iboende ensemblegennemsnit. At bygge enkeltmolekylestrukturer på CFN syntes at være den ideelle måde at drille disse effekter ud."

Brookhaven-teamet udviklede for nylig en præcisionsteknik til at bygge sådanne strukturer i nanostørrelse ved hjælp af korte DNA-strenge som en meget specifik "lim" til at forbinde partikler sammen.

"DNA består af to strenge med komplementære parringer af baser, der kun klæber sammen på én måde, ” forklarede Oleg Gang, leder af det team, der udviklede teknikken. "Ved at variere længden af ​​de enkelte strenge og vedhæfte komplementære stykker til de partikler, vi ønsker at forbinde, og forankring af hele processen på en montageflade, vi kan præcist styre konstruktionen af ​​individuelle nanoklynger."

I den aktuelle undersøgelse, holdet brugte denne flertrinsproces til at vedhæfte halvledende kvanteprikker til guld-nanopartikler. Metalliske materialer er kendt for at påvirke de optiske egenskaber af kvanteprikker, enten ved at forstærke eller hæmme fotoluminescens, afhængigt af en række faktorer, herunder materialernes størrelse og form, afstanden mellem dem, og bølgelængden af ​​lys, der bruges til at inducere fotoexcitation.

Præcisionsmonteringsteknikken gjorde det muligt for forskerne at kontrollere størrelsen, form, og afstandsfaktorer til en høj grad af præcision og teste effekten af ​​bølgelængde isoleret. De valgte specifikt to bølgelængder at teste:en tæt på den såkaldte "plasmonresonans" af guldnanopartiklerne - dvs. en bølgelængde, der inducerer en kollektiv oscillation af materialets ledende elektroner, fører til stærk absorption af lys ved den bølgelængde - og en uden for dette område.

Bølgelængden inden for plasmonresonansområdet forbedrede fotoluminescensen cirka fire gange sammenlignet med luminescensen opnået af bølgelængden uden for plasmonresonansområdet. Sammenlignet med fotoluminescensen af ​​individuelle kvanteprikker, der ikke er knyttet til guld-nanopartikler, den resonansbølgelængde forbedrede fotoluminescens af de guldbundne kvanteprikker med en størrelsesorden.

"Denne evne til at kontrollere de excitoniske egenskaber i plasmoniske fluorescerende kvanteprikker er afgørende for udviklingen af ​​enheder såsom solceller, lysdioder, eller optiske kredsløb og kan forbedre følsomheden af ​​kvanteprikbaserede biosensing-assays, sagde Cotlet.