Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Wu Kaifeng del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha rivelato il meccanismo per la formazione di triplette di spin molecolari dal rapido spin-flip in nanocristalli colloidali e ne ha dimostrato le applicazioni fotochimiche .

Lo studio è stato pubblicato su Chem il 24 marzo.

Tradizionalmente, le proprietà di spin dei semiconduttori sono un territorio della fisica. I recenti sviluppi nei materiali semiconduttori coltivati ​​in soluzione, come le perovskiti agli alogenuri di piombo e i nanocristalli colloidali, hanno iniziato a includere i chimici in questo gioco. Ma le vite di rilassamento dello spin di questi materiali sono ancora troppo brevi (in genere pochi picosecondi a temperatura ambiente) per le applicazioni spintroniche e di tecnologia dell'informazione quantistica.

È importante sottolineare, tuttavia, che esiste un grande campo chiamato "fotochimica molecolare" che ama particolarmente gli stati di tripletta molecolare rilassati dallo spin. I fotochimici hanno dedicato molti sforzi alla sintesi di molecole speciali chiamate sensibilizzatori che possono produrre triplette durante la fotoeccitazione.

"Ci siamo resi conto che le brevi vite di rotazione recentemente misurate nei nanocristalli colloidali dovrebbero invece trovare applicazioni immediate nella fotochimica molecolare", ha affermato il prof. Wu.

I ricercatori hanno dimostrato la fotochimica abilitata allo spin usando CsPbBr₃ nanocristalli ancorati alla superficie con molecole di rodamina B. Utilizzando la spettroscopia laser avanzata a femtosecondi, hanno scoperto che l'eccitazione del nanocristallo o della molecola induceva un'efficiente separazione della carica e il rapido rotazione del vettore all'interno del nanocristallo ha consentito la formazione ad alto rendimento di triplette molecolari attraverso la ricombinazione della carica. Al contrario, il meccanismo convenzionale dell'effetto degli atomi pesanti è stato escluso per questo sistema.

Inoltre, utilizzando i percorsi di doppia formazione di triplette e la copertura spettrale complementare di CsPbBr₃ e rodamina B, hanno ottenuto un'efficiente fotochimica di triplette molecolari guidata dalla luce bianca, inclusa la conversione di fotoni a fusione di triplette e la generazione di ossigeno singoletto.

"Questo studio apre una nuova strada per le applicazioni fotochimiche dei materiali semiconduttori trattati in soluzione", ha affermato il prof. Wu. "Potrebbe ispirare l'uso delle proprietà di rotazione di questi materiali a basso costo in più campi". + Esplora ulteriormente

I nanocristalli di lantanide illuminano gli eccitoni di triplette molecolari