NUS-forskare har utvecklat ett tillvägagångssätt för att förbättra genereringen och luminescerande skörden av molekylära tripletter genom att koppla dem med lantaniddopade nanopartiklar. Denna innovation ger nya insikter om lantanid nanokristall-molekyl interaktion i det optoelektroniska området.

Generationen, kontroll och överföring av triplettexcitoner (bundna elektron-hålpar) i molekylära och hybridsystem är ett ämne av stort intresse inom olika discipliner, från fysik och kemi till materialvetenskap och biologi. Detta intresse drivs av en rad potentiella applikationer, såsom ljusemission från molekyler, fotonfrekvensomvandling, fotokatalys, avkänning, och fotodynamisk terapi. Dock, molekylära tripletter är dåliga ljussändare så speciella tekniker används för att kringgå denna begränsning. Teknikerna inkluderar tungmetallbaserad spin-orbit-koppling och inställning av singlett-triplett-energidelningen. Dock, Båda dessa tillvägagångssätt är inte lämpliga eftersom de huvudsakligen fokuserar på att skörda ljusemissionerna från trillingarna och detta sätter strikta begränsningar för den molekylära designen.

En forskargrupp ledd av professor Xiaogang Liu från Institutionen för kemi, NUS har utvecklat ett nytt tillvägagångssätt för att kontrollera ljusemissionsegenskaperna hos dessa molekylära tripletter genom att koppla organiska molekyler till lantaniddopade nanopartiklar (se figur). Denna forskning är i samarbete med Prof Renren Deng från Zhejiang University, Kina och professor Akshay Rao från Cambridge University, Storbritannien. Med hjälp av deras metod, molekylära tripletter kan genereras direkt på de organiska molekylerna genom fotonabsorption. Detta innebär att molekylerna kan få energi och passera direkt från grundtillståndssinglet till att bli exciterade trillingar. Denna direkta optiska övergång var inte möjlig tidigare. Forskarna fann att övergången kan ske på tidsskalor under 10 pikosekunder med enhetlig effektivitet. När de är kopplade till de lantaniddopade nanopartiklarna, dessa triplettexcitontillstånd hos molekylerna kan sedan genomgå energiöverföring till lantanidjonerna med enhetlig effektivitet, möjliggör ljusemission.

Prof Liu sa, "Vi har tagit itu med en långvarig experimentell utmaning som forskare som arbetar inom det optoelektroniska området står inför, och det har visat sig vara en effektiv strategi för luminiscerande skörd av molekylära tripletter. Dessa resultat etablerar också en ny metod för att manipulera molekylära triplettexcitoner och förväntas öppna upp nya vägar för ett brett spektrum av discipliner, inklusive triplettsensibilisering, fotokatalys, optoelektronik, biomedicinsk behandling, avkänning, och fotonfrekvensomvandling."