Des scientifiques de l'Université de Cambridge sont parvenus à alimenter des nanoparticules isolantes grâce à des antennes moléculaires, créant ainsi une LED proche infrarouge d'une pureté exceptionnelle. Les résultats de cette recherche, publiés dans le numéro du 19 novembre de la revue *Nature*, marquent la création d'une nouvelle génération de LED proche infrarouge ultra-pures, avec des applications potentielles dans le diagnostic médical, les systèmes de communication optique et les technologies de détection. L'équipe de recherche du laboratoire Cavendish de l'Université de Cambridge se consacre à l'étude des matériaux et dispositifs nano-optoélectroniques.
L'équipe de recherche a découvert qu'en fixant des molécules organiques, notamment l'acide 9-anthracènecarboxylique (9-ACA), à des nanoparticules de terres rares dopées au cérium (LnNPs), ces molécules agissent comme des antennes miniatures, transférant efficacement de l'énergie électrique à ces particules généralement non conductrices. Cette méthode novatrice permet à ces nanoparticules, longtemps incompatibles avec les composants électroniques, d'émettre de la lumière pour la première fois.
Au cœur de ces recherches se trouvent les nanoparticules dopées au cérium (LnNPs), une classe de matériaux reconnus pour produire une lumière extrêmement pure et stable, notamment dans le second domaine du proche infrarouge, capable de pénétrer les tissus biologiques denses. Malgré ces avantages, leur absence de conductivité électrique a longtemps empêché leur utilisation dans des composants électroniques tels que les LED.
L'équipe de recherche a résolu ce problème en développant un matériau hybride combinant des composants organiques et inorganiques. Elle a fixé des colorants organiques contenant des groupes d'ancrage fonctionnels à la surface externe des nanoparticules de lanthanides (LnNPs). Dans la LED ainsi obtenue, la charge est guidée vers les molécules de 9-ACA, qui agissent comme des antennes moléculaires, au lieu d'être transférée directement aux nanoparticules.
Une fois activées, ces molécules passent à un état triplet excité. Dans de nombreux systèmes optiques, cet état triplet est généralement considéré comme un état sombre et n'est pas exploité ; cependant, dans cette conception, plus de 98 % de l'énergie est transférée de l'état triplet aux ions cérium présents dans les nanoparticules isolantes, ce qui permet une émission de lumière intense et efficace. Cette nouvelle méthode permet aux LnLEDs de l'équipe de fonctionner à une basse tension d'environ 5 volts et de produire une électroluminescence avec une largeur spectrale extrêmement étroite et un rendement quantique externe maximal supérieur à 0,6 %, ce qui les rend nettement supérieures aux technologies concurrentes telles que les points quantiques.
Cette découverte ouvre la voie à un large éventail d'applications potentielles pour les futurs dispositifs médicaux. Des LED à la laminine miniatures, injectables ou portables pourraient être utilisées pour l'imagerie des tissus profonds afin de détecter des maladies comme le cancer, de surveiller la fonction des organes en temps réel ou de déclencher avec précision l'action de médicaments photosensibles. La pureté et la faible largeur spectrale de la lumière émise offrent également des perspectives prometteuses pour des systèmes de communication optique plus rapides et plus nets, permettant potentiellement une transmission de données plus efficace et moins sujette aux interférences.