英國劍橋大學團隊通過分子天線技術成功開發出超純近紅外LED

劍橋大學（University of Cambridge）的科學家們成功利用分子天線為絕緣奈米顆粒（nanoparticles）供電，開發出極為純凈的近紅外LED。這項研究的成果發表在11 月 19 日的《自然》（Nature）期刊上，標志著一個全新類別的超純近紅外 LED 的誕生，在醫療診斷、光通訊系統和感測技術等領域具有應用潛力。劍橋大學卡文迪許實驗室（Cavendish Laboratory）的研究團隊專注于奈米光電材料與器件的研究。

研究團隊發現，透過將有機分子9-蒽甲酸（9-ACA）附著在摻鈰稀土奈米顆粒（LnNPs）上，這些分子如同微型天線，能夠有效地將電能傳遞給這些通常無法導電的顆粒。這個創新方法使這些長期以來無法與電子元件集成的奈米顆粒，首次能夠發出光。

研究的核心是摻鈰奈米顆粒（LnNPs），這類材料以其產生極為純凈和穩定的光而聞名，特別是在第二近紅外范圍內，能夠穿透密集的生物組織。盡管這些顆粒具有優勢，但由于缺乏電導性，長期以來無法應用于LED等電子元件。

研究團隊透過開發一種結合有機和無機成分的混合材料來解決這個問題。他們將含有功能性錨定基團的有機染料附著在LnNPs的外表面，并在所構建的LED中，電荷被引導進入9-ACA分子，這些分子作為分子天線，而不是直接將電荷傳遞給奈米顆粒。

一旦被觸發，這些分子會進入激發的三重態。在許多光學系統中，這種三重態通常被視為「暗態」不被利用，然而在這個設計中，超過98%的能量從三重態傳遞給絕緣奈米顆粒中的鈰離子，產生明亮且高效的光發射。這種新方法使得團隊的LnLEDs能以約5伏的低工作電壓啟動，并產生具有極窄光譜寬度的電致發光，峰值外量子效率超過0.6%，這使其顯著優于量子點等競爭技術。

這個發現為未來的醫療設備開啟廣泛的應用潛力。微型、可注射或可穿戴的LnLEDs可用于深層組織成像，以檢測癌癥等疾病，實時監測器官功能，或精確觸發光敏藥物。發射光的純度和窄光譜寬度也為更快、更清晰的光通訊系統提供了希望，可能使得數據傳輸更高效，干擾更少。

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