นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ประสบความสำเร็จในการให้พลังงานแก่สารอนุภาคนาโนที่เป็นฉนวนโดยใช้เสาอากาศระดับโมเลกุล ทำให้เกิดหลอด นำ อินฟราเรดใกล้ที่มีความบริสุทธิ์สูงมาก ผลการวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร *ธรรมชาติ* ฉบับวันที่ 19 พฤศจิกายน ถือเป็นการสร้างหลอด นำ อินฟราเรดใกล้ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษชนิดใหม่ ซึ่งมีศักยภาพในการประยุกต์ใช้ในด้านการวินิจฉัยทางการแพทย์ ระบบสื่อสารทางแสง และเทคโนโลยีการตรวจจับ ทีมวิจัยที่ห้องปฏิบัติการคาเวนดิช มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ มุ่งเน้นการศึกษาวัสดุและอุปกรณ์นาโนออปโตอิเล็กทรอนิกส์
ทีมวิจัยค้นพบว่า การเชื่อมโมเลกุลอินทรีย์ โดยเฉพาะกรด 9-แอนทราซีนคาร์บอกซิลิก (9-เอซีเอ) เข้ากับอนุภาคนาโนของธาตุหายากที่เจือด้วยซีเรียม (LnNPs) จะทำให้โมเลกุลเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นเสาอากาศขนาดเล็ก สามารถถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าไปยังอนุภาคที่ไม่นำไฟฟ้าเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ วิธีการที่ล้ำสมัยนี้ทำให้อนุภาคนาโนเหล่านี้ ซึ่งไม่สามารถใช้งานร่วมกับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ได้มานานแล้ว สามารถเปล่งแสงได้เป็นครั้งแรก
หัวใจหลักของการวิจัยอยู่ที่อนุภาคนาโนที่เจือด้วยซีเรียม (LnNPs) ซึ่งเป็นวัสดุประเภทหนึ่งที่ขึ้นชื่อเรื่องการผลิตแสงที่บริสุทธิ์และเสถียรอย่างยิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงอินฟราเรดใกล้ช่วงที่สอง ซึ่งสามารถทะลุทะลวงเนื้อเยื่อชีวภาพที่หนาแน่นได้ แม้จะมีข้อดีเหล่านี้ แต่การที่วัสดุเหล่านี้ขาดคุณสมบัติการนำไฟฟ้าได้นั้น ทำให้ไม่สามารถนำไปใช้ในชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เช่น นำ ได้เป็นเวลานาน
ทีมวิจัยได้แก้ไขปัญหานี้โดยการพัฒนาวัสดุไฮบริดที่ผสมผสานส่วนประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์เข้าด้วยกัน พวกเขาได้ติดสีย้อมอินทรีย์ที่มีหมู่ฟังก์ชันยึดเกาะเข้ากับพื้นผิวด้านนอกของ LnNPs ใน นำ ที่สร้างขึ้น ประจุจะถูกนำเข้าสู่โมเลกุล 9-เอซีเอ ซึ่งทำหน้าที่เป็นเสาอากาศระดับโมเลกุล แทนที่จะถ่ายโอนประจุไปยังอนุภาคนาโนโดยตรง
เมื่อถูกกระตุ้น โมเลกุลเหล่านี้จะเข้าสู่สถานะทริปเล็ตที่ถูกกระตุ้น ในระบบออปติคอลหลายระบบ สถานะทริปเล็ตนี้มักถูกมองว่าเป็นสถานะมืดและไม่ได้ถูกนำมาใช้ อย่างไรก็ตาม ในการออกแบบนี้ พลังงานกว่า 98% ถูกถ่ายโอนจากสถานะทริปเล็ตไปยังไอออนซีเรียมภายในอนุภาคนาโนที่เป็นฉนวน ส่งผลให้เกิดการเปล่งแสงที่สว่างและมีประสิทธิภาพ วิธีการใหม่นี้ช่วยให้ LnLED ของทีมสามารถทำงานที่แรงดันไฟฟ้าต่ำประมาณ 5 โวลต์ และสร้างการเปล่งแสงด้วยไฟฟ้าที่มีความกว้างสเปกตรัมแคบมาก และมีประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกสูงสุดเกิน 0.6% ทำให้เหนือกว่าเทคโนโลยีคู่แข่งอย่างเช่น ควอนตัมดอทอย่างมาก
การค้นพบนี้เปิดโอกาสมากมายสำหรับการประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์ทางการแพทย์ในอนาคต หลอดไฟ นำ ขนาดเล็กที่สามารถฉีดได้หรือสวมใส่ได้ อาจใช้สำหรับการถ่ายภาพเนื้อเยื่อส่วนลึกเพื่อตรวจจับโรคต่างๆ เช่น มะเร็ง ตรวจสอบการทำงานของอวัยวะแบบเรียลไทม์ หรือกระตุ้นยาที่ไวต่อแสงได้อย่างแม่นยำ ความบริสุทธิ์และช่วงสเปกตรัมที่แคบของแสงที่ปล่อยออกมายังให้ความหวังสำหรับระบบการสื่อสารด้วยแสงที่รวดเร็วและชัดเจนยิ่งขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่การส่งข้อมูลที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยมีสัญญาณรบกวนน้อยลง
