英国剑桥大学团队通过分子天线技术成功开发出超纯近红外LED

剑桥大学（University of Cambridge）的科学家们成功利用分子天线为绝缘奈米颗粒（nanoparticles）供电，开发出极为纯净的近红外LED。这项研究的成果发表在11 月 19 日的《自然》（Nature）期刊上，标志着一个全新类别的超纯近红外 LED 的诞生，在医疗诊断、光通讯系统和感测技术等领域具有应用潜力。剑桥大学卡文迪许实验室（Cavendish Laboratory）的研究团队专注于奈米光电材料与器件的研究。

研究团队发现，透过将有机分子9-蒽甲酸（9-ACA）附着在掺铈稀土奈米颗粒（LnNPs）上，这些分子如同微型天线，能够有效地将电能传递给这些通常无法导电的颗粒。这个创新方法使这些长期以来无法与电子元件集成的奈米颗粒，首次能够发出光。

研究的核心是掺铈奈米颗粒（LnNPs），这类材料以其产生极为纯净和稳定的光而闻名，特别是在第二近红外范围内，能够穿透密集的生物组织。尽管这些颗粒具有优势，但由于缺乏电导性，长期以来无法应用于LED等电子元件。

研究团队透过开发一种结合有机和无机成分的混合材料来解决这个问题。他们将含有功能性锚定基团的有机染料附着在LnNPs的外表面，并在所构建的LED中，电荷被引导进入9-ACA分子，这些分子作为分子天线，而不是直接将电荷传递给奈米颗粒。

一旦被触发，这些分子会进入激发的三重态。在许多光学系统中，这种三重态通常被视为「暗态」不被利用，然而在这个设计中，超过98%的能量从三重态传递给绝缘奈米颗粒中的铈离子，产生明亮且高效的光发射。这种新方法使得团队的LnLEDs能以约5伏的低工作电压启动，并产生具有极窄光谱宽度的电致发光，峰值外量子效率超过0.6%，这使其显著优于量子点等竞争技术。

这个发现为未来的医疗设备开启广泛的应用潜力。微型、可注射或可穿戴的LnLEDs可用于深层组织成像，以检测癌症等疾病，实时监测器官功能，或精确触发光敏药物。发射光的纯度和窄光谱宽度也为更快、更清晰的光通讯系统提供了希望，可能使得数据传输更高效，干扰更少。

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