कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने आणविक एंटेना का उपयोग करके इन्सुलेटिंग नैनोकणों को सफलतापूर्वक विद्युतित किया है, जिससे एक अत्यंत शुद्ध निकट-अवरक्त एलईडी विकसित हुई है। इस शोध के परिणाम, जो *नेचर* पत्रिका के 19 नवंबर के अंक में प्रकाशित हुए हैं, चिकित्सा निदान, ऑप्टिकल संचार प्रणालियों और संवेदन प्रौद्योगिकियों में संभावित अनुप्रयोगों के साथ अति-शुद्ध निकट-अवरक्त एलईडी के एक नए वर्ग के निर्माण का संकेत देते हैं। कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में कैवेंडिश प्रयोगशाला की शोध टीम नैनो-ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सामग्रियों और उपकरणों के अध्ययन पर ध्यान केंद्रित करती है।
शोध दल ने पाया कि कार्बनिक अणुओं, विशेष रूप से 9-एंथ्रासीनकार्बोक्सिलिक अम्ल (9-एसीए) को सीरियम-मिश्रित दुर्लभ-पृथ्वी नैनोकणों (एलएनएप) से जोड़ने पर, ये अणु लघु एंटेना के रूप में कार्य करते हैं, जिससे विद्युत ऊर्जा इन सामान्यतः गैर-चालक कणों में प्रभावी रूप से स्थानांतरित हो जाती है। यह अभिनव विधि इन नैनोकणों को, जो लंबे समय से इलेक्ट्रॉनिक घटकों के साथ असंगत रहे हैं, पहली बार प्रकाश उत्सर्जित करने में सक्षम बनाती है।
इस शोध का मूल आधार सीरियम-मिश्रित नैनोकण (एलएनएप) हैं, जो अत्यंत शुद्ध और स्थिर प्रकाश उत्पन्न करने के लिए जाने जाते हैं, विशेष रूप से द्वितीय निकट-अवरक्त श्रेणी में, जो सघन जैविक ऊतकों में प्रवेश कर सकता है। इन लाभों के बावजूद, इनकी विद्युत चालकता की कमी ने लंबे समय से एलईडी जैसे इलेक्ट्रॉनिक घटकों में इनके उपयोग को बाधित किया है।
शोध दल ने कार्बनिक और अकार्बनिक घटकों को मिलाकर एक संकर पदार्थ विकसित करके इस समस्या का समाधान किया। उन्होंने कार्यात्मक एंकरिंग समूहों वाले कार्बनिक रंगों को एलएनएपल्स की बाहरी सतह से जोड़ा। निर्मित एलईडी में, आवेश को सीधे नैनोकणों में स्थानांतरित करने के बजाय, आवेश को 9-एसीए अणुओं में निर्देशित किया जाता है, जो आणविक एंटेना के रूप में कार्य करते हैं।
एक बार सक्रिय होने पर, ये अणु उत्तेजित त्रिक अवस्था में प्रवेश कर जाते हैं। कई प्रकाशीय प्रणालियों में, इस त्रिक अवस्था को आमतौर पर एक निष्क्रिय अवस्था माना जाता है और इसका उपयोग नहीं किया जाता है; हालाँकि, इस डिज़ाइन में, 98% से अधिक ऊर्जा त्रिक अवस्था से इन्सुलेटिंग नैनोकणों के भीतर सेरियम आयनों में स्थानांतरित हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप चमकदार और कुशल प्रकाश उत्सर्जन होता है। यह नई विधि टीम के एलएनएलईडी को लगभग 5 वोल्ट के कम वोल्टेज पर संचालित करने और अत्यंत संकीर्ण स्पेक्ट्रल चौड़ाई और 0.6% से अधिक की चरम बाह्य क्वांटम दक्षता के साथ विद्युतदीप्ति उत्पन्न करने की अनुमति देती है, जिससे वे क्वांटम डॉट्स जैसी प्रतिस्पर्धी तकनीकों से कहीं बेहतर साबित होते हैं।
इस खोज से भविष्य के चिकित्सा उपकरणों के लिए कई संभावित अनुप्रयोगों के द्वार खुल गए हैं। लघु आकार के, इंजेक्शन योग्य या पहनने योग्य एलएनएलईडी का उपयोग गहरे ऊतकों की इमेजिंग के लिए किया जा सकता है, जिससे कैंसर जैसी बीमारियों का पता लगाया जा सके, अंगों के कार्यों की वास्तविक समय में निगरानी की जा सके या प्रकाश-संवेदनशील दवाओं को सटीक रूप से सक्रिय किया जा सके। उत्सर्जित प्रकाश की शुद्धता और संकीर्ण स्पेक्ट्रल चौड़ाई से तेज और स्पष्ट ऑप्टिकल संचार प्रणालियों के लिए भी संभावनाएं खुलती हैं, जिससे संभावित रूप से कम हस्तक्षेप के साथ अधिक कुशल डेटा ट्रांसमिशन संभव हो सकता है।
