Il miglioramento della fotoluminescenza è dimostrato a livello di singola molecola per sistemi a due particelle composti da un punto quantico (Qdot) e da una nanoparticella d'oro (AuNP) collegati da DNA a doppio filamento (dsDNA) quando eccitati otticamente con lunghezze d'onda all'interno dell'intervallo di risonanza plasmonica superficiale dell'oro nano particella.
(PhysOrg.com) -- La dimostrazione di un metodo di nanoassemblaggio di precisione basato sul DNA per creare cluster di particelle che emettono luce potrebbe portare a progressi nelle celle solari, optoelettronica, e biosensori
Collegando singoli punti quantici di semiconduttori con nanoparticelle d'oro, gli scienziati del Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno dimostrato la capacità di aumentare fino a 20 volte l'intensità della luce emessa dai singoli punti quantici. Il metodo di precisione per creare gli ammassi di particelle che emettono luce - pubblicato online il 26 luglio 2010 sulla rivista ChemComm -- migliorerà notevolmente la capacità degli scienziati di studiare e modificare le proprietà ottiche dei punti quantici, e potrebbe eventualmente portare a dispositivi di conversione dell'energia solare migliorati, elettronica controllata dalla luce, e biosensori.
“Punti quantici:minuscoli cristalli di materiali semiconduttori che emettono fluorescenza, o emettere luce, in risposta alla fotoeccitazione — hanno un enorme potenziale di utilizzo in un'ampia gamma di campi dalla conversione dell'energia solare all'informatica e alla medicina, disse Mircea Cotlet, un chimico fisico presso il Center for Functional Nanomaterials (CFN) di Brookhaven e autore principale dello studio attuale. “Ma molti fattori possono influenzare la luce che emettono, ed è difficile distinguere i contributi di questi fattori in campioni di grandi dimensioni a causa della media intrinseca dell'ensemble. Costruire strutture a singola molecola al CFN sembrava il modo ideale per stuzzicare questi effetti”.
Il team di Brookhaven ha recentemente sviluppato una tecnica di precisione per costruire tali strutture di dimensioni nanometriche utilizzando brevi filamenti di DNA come "colla" altamente specifica per collegare le particelle insieme.
“Il DNA è costituito da due filamenti con accoppiamenti complementari di basi che si uniscono in un solo modo, "ha spiegato Oleg Gang, capo della squadra che ha sviluppato la tecnica. “Variando la lunghezza dei singoli filamenti e attaccando pezzi complementari alle particelle che vogliamo unire, e ancoraggio dell'intero processo su una superficie di montaggio, possiamo controllare con precisione la costruzione di singoli nanocluster”.
Nello studio attuale, il team ha utilizzato questo processo in più fasi per collegare punti quantici semiconduttivi alle nanoparticelle d'oro. È noto che i materiali metallici influenzano le proprietà ottiche dei punti quantici, sia aumentando o inibendo la fotoluminescenza, a seconda di una serie di fattori tra cui la dimensione e la forma dei materiali, la distanza tra loro, e la lunghezza d'onda della luce utilizzata per indurre la fotoeccitazione.
La tecnica di assemblaggio di precisione ha permesso agli scienziati di controllare le dimensioni, forma, e fattori di distanza con un alto grado di precisione e testare l'effetto della lunghezza d'onda in isolamento. Hanno scelto specificamente due lunghezze d'onda da testare:una vicina alla cosiddetta "risonanza plasmonica" delle nanoparticelle d'oro - cioè, una lunghezza d'onda che induce un'oscillazione collettiva degli elettroni conduttivi del materiale, portando a un forte assorbimento della luce a quella lunghezza d'onda e una al di fuori di questo intervallo.
La lunghezza d'onda all'interno dell'intervallo di risonanza plasmonica ha aumentato la fotoluminescenza di circa quattro volte rispetto alla luminescenza ottenuta dalla lunghezza d'onda al di fuori dell'intervallo di risonanza plasmonica. Se confrontato con la fotoluminescenza di singoli punti quantici non collegati a nanoparticelle d'oro, la lunghezza d'onda di risonanza ha aumentato la fotoluminescenza dei punti quantici legati all'oro di un ordine di grandezza.
“Questa capacità di controllare le proprietà eccitoniche nei punti quantici fluorescenti plasmonici è essenziale per lo sviluppo di dispositivi come celle solari, diodi emettitori di luce, o circuiti ottici e potrebbe migliorare la sensibilità dei saggi di biorilevamento basati su punti quantici, "Cotlet ha detto.
