Gli scienziati del NUS hanno sviluppato un approccio per migliorare la generazione e la raccolta luminescente di triplette molecolari accoppiandole con nanoparticelle drogate con lantanidi. Questa innovazione fornisce nuove informazioni sull'interazione tra nanocristalli e molecole di lantanidi nel campo optoelettronico.

La generazione, il controllo e il trasferimento di eccitoni tripletti (coppie elettrone-lacuna legate) in sistemi molecolari e ibridi è un argomento di grande interesse in varie discipline, dalla fisica e chimica alla scienza dei materiali e alla biologia. Questo interesse è guidato da una serie di potenziali applicazioni, come l'emissione di luce dalle molecole, conversione della frequenza dei fotoni, fotocatalisi, rilevamento, e terapia fotodinamica. Però, le triplette molecolari sono emettitori di luce scadenti, quindi vengono utilizzate tecniche speciali per aggirare questa limitazione. Le tecniche includono l'accoppiamento spin-orbita basato su metalli pesanti e la sintonizzazione della scissione dell'energia singoletto-tripletta. Però, entrambi questi approcci non sono adatti in quanto si concentrano principalmente sulla raccolta delle emissioni di luce dalle triplette e questo pone rigidi vincoli al design molecolare.

Un gruppo di ricerca guidato dal Prof Xiaogang Liu del Dipartimento di Chimica, NUS ha sviluppato un nuovo approccio per controllare le proprietà di emissione di luce di queste triplette molecolari accoppiando molecole organiche a nanoparticelle drogate con lantanidi (vedi figura). Questa ricerca è in collaborazione con il Prof Renren Deng della Zhejiang University, Cina e il professor Akshay Rao dell'Università di Cambridge, Regno Unito. Usando il loro metodo, triplette molecolari possono essere generate direttamente sulle molecole organiche mediante assorbimento di fotoni. Ciò significa che le molecole possono acquisire energia e transitare direttamente dal singoletto di stato fondamentale per diventare triplette di stato eccitato. Questa transizione ottica diretta non era possibile in precedenza. I ricercatori hanno scoperto che la transizione può avvenire su scale temporali inferiori a 10 picosecondi con efficienza unitaria. Poiché sono accoppiati alle nanoparticelle drogate con lantanidi, questi stati eccitonici triplette delle molecole possono quindi subire il trasferimento di energia agli ioni lantanidi con efficienza unitaria, consentendo l'emissione di luce.

Il professor Liu ha detto, "Abbiamo affrontato una sfida sperimentale di lunga data affrontata dagli scienziati che lavorano nel campo dell'optoelettronica, ed è stato dimostrato che è una strategia efficace per la raccolta luminescente di triplette molecolari. Questi risultati stabiliscono anche un nuovo metodo per manipolare gli eccitoni di triplette molecolari e dovrebbero aprire nuove strade per un'ampia gamma di discipline, compresa la sensibilizzazione a tre gemelli, fotocatalisi, optoelettronica, terapie biomediche, rilevamento, e la conversione della frequenza dei fotoni."