Cientistas da Universidade de Cambridge conseguiram alimentar nanopartículas isolantes usando antenas moleculares, desenvolvendo um LED de infravermelho próximo extremamente puro. Os resultados desta pesquisa, publicados na edição de 19 de novembro da revista *Nature*, marcam a criação de uma nova classe de LEDs de infravermelho próximo ultrapuros com aplicações potenciais em diagnósticos médicos, sistemas de comunicação óptica e tecnologias de sensoriamento. A equipe de pesquisa do Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge concentra-se no estudo de materiais e dispositivos nano-optoeletrônicos.
A equipe de pesquisa descobriu que, ao acoplar moléculas orgânicas, especificamente o ácido 9-antracenocarboxílico (9-ACA), a nanopartículas de terras raras dopadas com cério (LnNPs), essas moléculas atuam como antenas em miniatura, transferindo energia elétrica para essas partículas tipicamente não condutoras. Esse método inovador permite que essas nanopartículas, que por muito tempo foram incompatíveis com componentes eletrônicos, emitam luz pela primeira vez.
O cerne da pesquisa reside em nanopartículas dopadas com cério (LnNPs), uma classe de materiais conhecida por produzir luz extremamente pura e estável, particularmente na faixa do segundo infravermelho próximo, capaz de penetrar em tecidos biológicos densos. Apesar dessas vantagens, a falta de condutividade elétrica impediu, por muito tempo, seu uso em componentes eletrônicos como LEDs.
A equipe de pesquisa resolveu esse problema desenvolvendo um material híbrido que combina componentes orgânicos e inorgânicos. Eles acoplaram corantes orgânicos contendo grupos de ancoragem funcionais à superfície externa das nanopartículas de lantanídeos (LnNPs). No LED construído, a carga é direcionada para as moléculas de 9-ACA, que atuam como antenas moleculares, em vez de transferir a carga diretamente para as nanopartículas.
Uma vez ativadas, essas moléculas entram em um estado tripleto excitado. Em muitos sistemas ópticos, esse estado tripleto é tipicamente considerado um estado escuro e não é utilizado; no entanto, neste projeto, mais de 98% da energia é transferida do estado tripleto para os íons de cério dentro das nanopartículas isolantes, resultando em uma emissão de luz brilhante e eficiente. Esse novo método permite que os LnLEDs da equipe operem com uma baixa voltagem de aproximadamente 5 volts e produzam eletroluminescência com uma largura espectral extremamente estreita e uma eficiência quântica externa máxima superior a 0,6%, tornando-os significativamente superiores a tecnologias concorrentes, como os pontos quânticos.
Essa descoberta abre um amplo leque de aplicações potenciais para futuros dispositivos médicos. LEDs de lantanídeos (LnLEDs) miniaturizados, injetáveis ou vestíveis poderiam ser usados para imagens de tecidos profundos, permitindo a detecção de doenças como o câncer, o monitoramento da função de órgãos em tempo real ou a liberação precisa de fármacos fotossensíveis. A pureza e a estreita largura espectral da luz emitida também oferecem perspectivas promissoras para sistemas de comunicação óptica mais rápidos e nítidos, podendo levar a uma transmissão de dados mais eficiente e com menos interferência.