Científicos de la Universidad de Cambridge han logrado alimentar nanopartículas aislantes mediante antenas moleculares, desarrollando un LED de infrarrojo cercano extremadamente puro. Los resultados de esta investigación, publicados en la edición del 19 de noviembre de *Nature*, marcan la creación de una nueva clase de LED de infrarrojo cercano ultrapuros con posibles aplicaciones en diagnósticos médicos, sistemas de comunicación óptica y tecnologías de detección. El equipo de investigación del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge se centra en el estudio de materiales y dispositivos nanooptoelectrónicos.
El equipo de investigación descubrió que, al unir moléculas orgánicas, en concreto el ácido 9-antracenocarboxílico (9-ACA), a nanopartículas de tierras raras dopadas con cerio (LnNP), estas moléculas actúan como antenas en miniatura, transfiriendo eficazmente energía eléctrica a estas partículas, generalmente no conductoras. Este innovador método permite que estas nanopartículas, que durante mucho tiempo han sido incompatibles con los componentes electrónicos, emitan luz por primera vez.
El núcleo de la investigación reside en las nanopartículas dopadas con cerio (LnNP), una clase de materiales conocidos por producir luz extremadamente pura y estable, especialmente en el segundo rango del infrarrojo cercano, capaz de penetrar el tejido biológico denso. A pesar de estas ventajas, su falta de conductividad eléctrica ha impedido durante mucho tiempo su uso en componentes electrónicos como los LED.
El equipo de investigación resolvió este problema desarrollando un material híbrido que combina componentes orgánicos e inorgánicos. Fijaron colorantes orgánicos con grupos de anclaje funcionales a la superficie exterior de las LnNP. En el LED construido, la carga se dirige hacia las moléculas de 9-ACA, que actúan como antenas moleculares, en lugar de transferir la carga directamente a las nanopartículas.
Una vez activadas, estas moléculas entran en un estado triplete excitado. En muchos sistemas ópticos, este estado triplete se considera típicamente un estado oscuro y no se utiliza; sin embargo, en este diseño, más del 98 % de la energía se transfiere del estado triplete a los iones de cerio dentro de las nanopartículas aislantes, lo que resulta en una emisión de luz brillante y eficiente. Este nuevo método permite que los LnLED del equipo funcionen a un bajo voltaje de aproximadamente 5 voltios y produzcan electroluminiscencia con un ancho espectral extremadamente estrecho y una eficiencia cuántica externa máxima superior al 0,6 %, lo que los hace significativamente superiores a tecnologías competidoras como los puntos cuánticos.
Este descubrimiento abre un amplio abanico de posibles aplicaciones para futuros dispositivos médicos. Los LnLED miniatura, inyectables o portátiles podrían utilizarse para la obtención de imágenes de tejidos profundos con el fin de detectar enfermedades como el cáncer, monitorizar la función orgánica en tiempo real o activar con precisión fármacos fotosensibles. La pureza y el estrecho ancho espectral de la luz emitida también ofrecen la posibilidad de desarrollar sistemas de comunicación óptica más rápidos y nítidos, lo que podría conducir a una transmisión de datos más eficiente y con menos interferencias.