นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ประสบความสำเร็จในการขับเคลื่อนอนุภาคนาโนฉนวนโดยใช้เสาอากาศโมเลกุล พัฒนาหลอด นำ อินฟราเรดใกล้ที่มีความบริสุทธิ์สูง ผลการวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร *ธรรมชาติ* ฉบับวันที่ 19 พฤศจิกายน นับเป็นการสร้างหลอด นำ อินฟราเรดใกล้ที่มีความบริสุทธิ์สูงชนิดใหม่ที่มีศักยภาพในการประยุกต์ใช้ในการวินิจฉัยทางการแพทย์ ระบบสื่อสารด้วยแสง และเทคโนโลยีการตรวจจับ ทีมวิจัยจากห้องปฏิบัติการคาเวนดิช มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ มุ่งเน้นการศึกษาวัสดุและอุปกรณ์นาโนออปโตอิเล็กทรอนิกส์
ทีมวิจัยค้นพบว่าการยึดโมเลกุลอินทรีย์ โดยเฉพาะกรด 9-แอนทราซีนคาร์บอกซิลิก (9-เอซีเอ) เข้ากับอนุภาคนาโนธาตุหายากที่เจือด้วยซีเรียม (เอ็นเอ็นพี) จะทำให้โมเลกุลเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นเสาอากาศขนาดเล็ก ถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าไปยังอนุภาคที่ไม่นำไฟฟ้าเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ วิธีการใหม่นี้ช่วยให้อนุภาคนาโนเหล่านี้ ซึ่งไม่สามารถใช้งานร่วมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้เป็นเวลานาน สามารถเปล่งแสงได้เป็นครั้งแรก
หัวใจสำคัญของงานวิจัยนี้คืออนุภาคนาโนที่เจือด้วยเซเรียม (เอ็นเอ็นพี) ซึ่งเป็นวัสดุประเภทหนึ่งที่ขึ้นชื่อว่าผลิตแสงที่บริสุทธิ์และเสถียรอย่างยิ่ง โดยเฉพาะในช่วงอินฟราเรดใกล้ช่วงที่สอง ซึ่งสามารถทะลุผ่านเนื้อเยื่อชีวภาพที่มีความหนาแน่นสูงได้ แม้จะมีข้อดีเหล่านี้ แต่การขาดคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของอนุภาคเหล่านี้ทำให้ไม่สามารถนำไปใช้ในส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ เช่น หลอด นำ ได้เป็นเวลานาน
ทีมวิจัยแก้ปัญหานี้โดยการพัฒนาวัสดุไฮบริดที่ผสมผสานองค์ประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์เข้าด้วยกัน พวกเขาได้ติดสีย้อมอินทรีย์ที่มีหมู่ยึดเหนี่ยวฟังก์ชันเข้ากับพื้นผิวด้านนอกของ แอลเอ็นเอ็นพี ใน นำ ที่สร้างขึ้น ประจุจะถูกนำไปยังโมเลกุล 9-เอซีเอ ซึ่งทำหน้าที่เป็นเสาอากาศโมเลกุล แทนที่จะถ่ายโอนประจุไปยังอนุภาคนาโนโดยตรง
เมื่อถูกกระตุ้น โมเลกุลเหล่านี้จะเข้าสู่สถานะสามตัวที่ถูกกระตุ้น ในระบบออปติคัลหลายระบบ สถานะสามตัวนี้มักถูกมองว่าเป็นสถานะ "dark และไม่ได้ถูกนำไปใช้งาน อย่างไรก็ตาม ในการออกแบบนี้ พลังงานกว่า 98% จะถูกถ่ายโอนจากสถานะสามตัวไปยังไอออนของซีเรียมภายในอนุภาคนาโนที่เป็นฉนวน ส่งผลให้เกิดการเปล่งแสงที่สว่างและมีประสิทธิภาพ วิธีการใหม่นี้ช่วยให้ แอลเอ็นแอลอีดี ของทีมสามารถทำงานที่แรงดันไฟฟ้าต่ำประมาณ 5 โวลต์ และผลิตแสงเรืองแสงไฟฟ้าที่มีความกว้างสเปกตรัมที่แคบมาก และประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกสูงสุดมากกว่า 0.6% ทำให้มีประสิทธิภาพเหนือกว่าเทคโนโลยีคู่แข่งอย่างควอนตัมดอทอย่างมาก
การค้นพบนี้เปิดโอกาสให้มีการประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์การแพทย์ในอนาคตได้อย่างกว้างขวาง แอลเอ็นแอลอีดี ขนาดเล็ก แบบฉีดได้ หรือแบบสวมใส่ได้ สามารถนำมาใช้ในการถ่ายภาพเนื้อเยื่อส่วนลึกเพื่อตรวจหาโรคต่างๆ เช่น มะเร็ง ตรวจสอบการทำงานของอวัยวะแบบเรียลไทม์ หรือกระตุ้นการทำงานของยาที่ไวต่อแสงได้อย่างแม่นยำ ความบริสุทธิ์และความกว้างสเปกตรัมที่แคบของแสงที่ปล่อยออกมายังช่วยให้ระบบการสื่อสารด้วยแสงมีความรวดเร็วและชัดเจนยิ่งขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่การส่งข้อมูลที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยมีสัญญาณรบกวนน้อยลง