Slip en ny æra af farvejusterbare nano-enheder løs:Den mindste lyskilde nogensinde med omskiftelige farver dannet

Mens nanokrystaller tilbyder farvejustering og bruges i forskellige teknologier, kræver det at opnå forskellige farver brug af forskellige nanokrystaller for hver farve, og dynamisk skift mellem farver har ikke været muligt.

Et team af forskere ved Institute of Chemistry og Center for Nanoscience and Nanotechnology ved The Hebrew University of Jerusalem, inklusive kandidatstuderende Yonatan Ossia med syv andre medlemmer, og ledet af prof. Uri Banin, er nu kommet med en innovativ løsning til dette problem.

Ved at udvikle et system af et "kunstigt molekyle" lavet af to koblede halvleder nanokrystaller, som udsender lys i to forskellige farver, blev hurtig og øjeblikkelig farveskift demonstreret. Artiklen med titlen "Elektrisk felt-induceret farveskift i kolloide kvanteprikmolekyler ved stuetemperatur," blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Materials .

Farvet lys og dets indstillingsmuligheder er grundlaget for mange essentielle moderne teknologier:fra belysning, displays, hurtige optiske fiberkommunikationsnetværk og meget mere. Ved at tage farveemitterende halvledere til nanoskalaen (nano-en milliardtedel af en meter, hundrede tusinde gange mindre end et menneskehår), kommer en effekt kaldet kvanteindeslutning ind i billedet:Ændring af størrelsen af ​​nanokrystallen ændrer farven på det udsendte lys . Der kan således opnås skarpe lyskilder, der dækker hele det synlige spektrum.

På grund af den unikke farvejustering af sådanne nanokrystaller og deres lette fremstilling og manipulation ved hjælp af vådkemi, er de allerede meget brugt i kommercielle skærme af høj kvalitet, hvilket giver dem fremragende farvekvalitet sammen med betydelige energibesparende egenskaber.

Men den dag i dag krævede opnåelse af forskellige farver (såsom nødvendigt for de forskellige RGB-pixels) brugen af ​​forskellige nanokrystaller for hver specifik farve, og dynamisk skift mellem de forskellige farver var ikke muligt.

Selvom farvejustering af enkelte kolloide nanokrystaller, der opfører sig som "kunstige atomer", tidligere er blevet undersøgt og implementeret i prototype optoelektroniske enheder, har det været en udfordring at skifte farver aktivt på grund af den formindskede lysstyrke, der iboende ledsager effekten, hvilket kun gav et farvelysskifte. .

Forskerholdet overvandt denne begrænsning ved at skabe et nyt molekyle med to emissionscentre, hvor et elektrisk felt kan justere den relative emission fra hvert center og ændre farven, men uden at miste lysstyrken. Det kunstige molekyle kan fremstilles således, at en af ​​dets bestanddele nanokrystaller er indstillet til at udsende "grønt" lys, mens det andet "rødt" lys. Emissionen af ​​dette nye dobbeltfarveemitterende kunstige molekyle er følsom over for ekstern spænding, der inducerer et elektrisk felt:en polaritet af feltet inducerer emission af lys fra det "røde" center, og skifter feltet til den anden polaritet, skiftes farveemissionen øjeblikkeligt til "grøn" og omvendt.

Dette farveskiftefænomen er reversibelt og øjeblikkeligt, da det ikke omfatter nogen strukturel bevægelse af molekylet. Dette gør det muligt at opnå hver af de to farver, eller en hvilken som helst kombination af dem, blot ved at anvende den passende spænding på enheden.

Denne evne til præcist at kontrollere farvejustering i optoelektroniske enheder, samtidig med at intensiteten bevares, åbner op for nye muligheder inden for forskellige områder, herunder inden for skærme, belysning og optoelektroniske enheder i nanoskala med justerbare farver, og også som et værktøj til følsom feltføling til biologiske applikationer og neurovidenskab til at følge hjernens aktivitet. Desuden giver det mulighed for aktivt at indstille emissionsfarver i enkeltfotonkilder, som er vigtige for fremtidige kvantekommunikationsteknologier.

Prof. Uri Banin fra det hebraiske universitet i Jerusalem forklarede:"Vores forskning er et stort spring fremad inden for nanomaterialer til optoelektronik. Dette er et vigtigt skridt i vores udstilling af ideen om 'nanokrystalkemi', der blev lanceret for blot et par år siden i vores forskning. gruppe, hvor nanokrystallerne er byggesten af ​​kunstige molekyler med spændende nye funktionaliteter. At kunne skifte farver så hurtigt og effektivt på nanoskalaen, som vi har opnået, kan revolutionere avancerede displays og skabe farveskiftbare enkeltfotonkilder. "

Ved at bruge sådanne kvanteprikmolekyler med to emissionscentre kan der genereres flere specifikke farver af lys ved hjælp af den samme nanostruktur.

Dette gennembrud åbner døre til udvikling af følsomme teknologier til detektering og måling af elektriske felter. Det muliggør også nye skærmdesigns, hvor hver pixel kan styres individuelt til at producere forskellige farver, hvilket forenkler standard RGB-skærmdesignet til et mindre antal pixels, hvilket har potentialet til at øge opløsningen og energibesparelserne på fremtidige kommercielle skærme.

Dette fremskridt inden for elektrisk feltinduceret farveskift har et enormt potentiale til at transformere enhedstilpasning og feltregistrering, hvilket baner vejen for spændende fremtidige innovationer.

Flere oplysninger: Elektrisk feltinduceret farveskift i kolloide kvanteprikmolekyler ved stuetemperatur, naturmaterialer (2023). DOI:10.1038/s41563-023-01606-0

Journaloplysninger: Naturmaterialer

Leveret af Hebrew University of Jerusalem