O descoperire revoluționară: LED-urile imposibile devin realitate

Cercetătorii de la Universitatea Cambridge au făcut un progres important în fizica și tehnologia materialelor — au găsit o metodă complet nouă de a alimenta cu curent electric nanoparticule care, în mod normal, nu pot conduce electricitate. Această realizare deschide drumul către o nouă clasă de LED-uri near-infrared (NIR) extrem de pure, cu aplicații promițătoare în medicină și comunicații.

Provocarea: materialele izolatoare nu pot fi alimentate electric

Materialele folosite deseori pentru producerea luminii în regiunea near-infrared — în special nanoparticulele dopate cu elemente din seria lantanidelor (LnNP) — au proprietăți luminoase excelente. Totuși, ele nu pot fi alimentate direct cu electricitate din cauza naturii lor izolatoare. Aceasta a fost o piedică majoră pentru utilizarea lor în dispozitive electronice convenționale.

Soluția: antene moleculare care captează energia

Echipa condusă de profesorul Akshay Rao a rezolvat această problemă prin atașarea unor molecule organice speciale — asemănătoare unor antenă — la suprafața nanoparticulelor. Molecula folosită, 9-antracenecarboxilic acid (9-ACA), funcționează ca un capător de sarcini electrice:

• curentul este injectat în moleculele organice, nu direct în nanoparticule;

• aceste molecule absorb energia și o transferă eficient către ionii de lantanidă din interiorul nanoparticulelor;

• procesul de transfer de energie are o eficiență excepțională — peste 98 %. 

Rezultatul: LED-uri eficiente la tensiuni mici

Prin această arhitectură hibridă (organic-inorganic), dispozitivele obtin:

✔️ lumină near-infrared extrem de pură, cu lățime spectrală îngustă;
✔️ funcționare la tensiuni reduse (~5 V), un nivel practic pentru dispozitive electronice;
✔️ o emisie de o consistență foarte mare, ceea ce este valoros pentru aplicații sensibile.

 Posibile aplicații

Noile LED-uri create astfel au un potențial larg de utilizare:

imagistică medicală profundă — lumina NIR pătrunde în țesuturi, utilă pentru diagnostic avansat;
comunicații optice rapide — puritatea și stabilitatea lungimii de undă pot crește capacitatea de transfer de date;
senzori de înaltă precizie — identificarea unor semnale specifice în medii complexe.

Performanțe inițiale și perspective de viitor

În primele prototipuri, eficiența luminoasă externă a LED-urilor a depășit 0,6 %, un rezultat considerat excelent pentru o primă generație de dispozitive bazate pe nanoparticule izolatoare. Cercetătorii subliniază că acesta este doar începutul, iar conceptul poate fi extins prin combinarea diferitelor molecule organice și combinații de materiale izolatoare pentru a obține proprietăți personalizate ale LED-urilor. 

Acest progres marchează o schimbare de paradigmă în LED-uri și optoelectronică: folosirea moleculelor ca antene pentru a “trage” energia electrică în materiale care în mod normal nu ar putea fi alimentate. Pe măsură ce tehnologia este perfecționată, ar putea influența semnificativ domenii de la sănătate la telecomunicații și senzori avansați.