Lanthanid nanokrystaller lysner molekylære triplet excitoner

NUS-forskere har udviklet en tilgang til at forbedre genereringen og selvlysende høst af molekylære tripletter ved at koble dem med lanthanid-doterede nanopartikler. Denne innovation giver ny indsigt i lanthanid nanokrystal-molekyle interaktion i det optoelektroniske felt.

generationen, kontrol og overførsel af triplet-excitoner (bundne elektron-hul-par) i molekylære og hybride systemer er et emne af stor interesse på tværs af forskellige discipliner, fra fysik og kemi til materialevidenskab og biologi. Denne interesse er drevet af en række potentielle applikationer, såsom lysemission fra molekyler, foton frekvens konvertering, fotokatalyse, sansning, og fotodynamisk terapi. Imidlertid, molekylære tripletter er dårlige lysudsender, så specielle teknikker bruges til at omgå denne begrænsning. Teknikkerne inkluderer tungmetal-baseret spin-orbit-kobling og tuning af singlet-triplet energiopdelingen. Imidlertid, begge disse tilgange er ikke egnede, da de hovedsageligt fokuserer på høsten af ​​lysemissionerne fra trillingerne, og dette sætter strenge begrænsninger på det molekylære design.

Et forskerhold ledet af professor Xiaogang Liu fra Institut for Kemi, NUS har udviklet en ny tilgang til at kontrollere lysemissionsegenskaberne for disse molekylære tripletter ved at koble organiske molekyler til lanthanid-doterede nanopartikler (se figur). Denne forskning er i samarbejde med Prof Renren Deng fra Zhejiang University, Kina og prof Akshay Rao fra Cambridge University, Det Forenede Kongerige. Ved at bruge deres metode, molekylære tripletter kan genereres direkte på de organiske molekyler ved fotonabsorption. Det betyder, at molekylerne kan få energi og transit direkte fra grundtilstandssinglet til at blive exciterede trillinger. Denne direkte optiske overgang var ikke mulig tidligere. Forskerne fandt ud af, at overgangen kan ske på tidsskalaer under 10 picosekunder med enhedseffektivitet. Når de er koblet til de lanthanid-doterede nanopartikler, disse triplet-excitontilstande af molekylerne kan derefter undergå energioverførsel til lanthanidionerne med enhedseffektivitet, giver mulighed for lysudsendelse.

Prof Liu sagde, "Vi har adresseret en langvarig eksperimentel udfordring, som videnskabsmænd, der arbejder inden for det optoelektroniske område, står over for, og det har vist sig at være en effektiv strategi til selvlysende høst af molekylære tripletter. Disse resultater etablerer også en ny metode til at manipulere molekylære triplet-excitoner og forventes at åbne nye veje for en bred vifte af discipliner, inklusive triplet sensibilisering, fotokatalyse, optoelektronik, biomedicinske terapier, sansning, og fotonfrekvenskonvertering."