I ricercatori della North Carolina State University hanno scoperto che il trasferimento di eccitoni tripletti dai nanomateriali alle molecole crea anche un meccanismo di feedback che restituisce energia al nanocristallo, provocando la fotoluminescenza su scale temporali lunghe. Il meccanismo può essere regolato per controllare la quantità di trasferimento di energia, che potrebbe essere utile nelle applicazioni optoelettroniche.

Felix N. Castellano, Goodnight Innovation Distinguished Chair of Chemistry presso NC State, aveva precedentemente dimostrato che i nanocristalli semiconduttori potrebbero trasferire energia alle molecole, estendendo così la loro vita allo stato eccitato abbastanza a lungo da essere utili nelle reazioni fotochimiche.

In un nuovo contributo, Castellano e Cédric Mongin, un ex ricercatore post-dottorato attualmente assistente professore presso l'École normale supérieure Paris-Saclay in Francia, hanno dimostrato che non solo il trasferimento di eccitoni tripletti estende la vita dello stato eccitato, ma anche che parte dell'energia viene restituita al nanomateriale originale nel processo.

"Quando abbiamo esaminato i trasferimenti di eccitoni di triplette dai nanomateriali alle molecole, abbiamo notato che dopo il trasferimento iniziale il nanomateriale sarebbe ancora luminescente in modo ritardato, che era inaspettato, " dice Castellano. "Così abbiamo deciso di scoprire cosa stava succedendo esattamente a livello molecolare".

Castellano e Mongin hanno utilizzato punti quantici di seleniuro di cadmio (CdSe) come nanomateriale e acido pirenecarbossilico (PCA) come molecola accettore. A temperatura ambiente, hanno scoperto che la stretta vicinanza dei livelli energetici rilevanti ha creato un meccanismo di feedback che ha ripopolato termicamente lo stato eccitato del CdSe, provocando la fotoluminescenza.

Portando l'esperimento un passo avanti, i ricercatori hanno poi variato sistematicamente il gap energetico CdSe-PCA modificando la dimensione dei nanocristalli. Ciò ha comportato cambiamenti prevedibili nelle vite dello stato eccitato risultanti. Hanno anche esaminato questo processo a diverse temperature, ottenendo risultati coerenti con un meccanismo di trasferimento di energia attivato termicamente.

"A seconda della separazione energetica relativa, il sistema può essere sintonizzato per comportarsi più come PCA o più come la nanoparticella CdSe, " dice Castellano. "È un quadrante di controllo per il sistema. Possiamo realizzare materiali con proprietà fotoluminescenti uniche semplicemente controllando la dimensione della nanoparticella e la temperatura del sistema".

L'opera appare in Chimica della natura .