新加坡國(guó)立大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種通過(guò)將分子三重態(tài)與摻雜鑭系納米顆粒耦合來(lái)改善分子三重態(tài)的生成和發(fā)光採(cǎi)集的方法。這一創(chuàng)新為光電領(lǐng)域中的鑭系納米晶體-分子相互作用提供了新的見(jiàn)解。
在分子和混合系統(tǒng)中三重態(tài)激子（結(jié)合的電子-空穴對(duì)）的產(chǎn)生、控制和轉(zhuǎn)移是物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)和生物學(xué)等學(xué)科的一個(gè)重要話題。由於分子三重態(tài)是不良的發(fā)光體，因此需採(cǎi)用特殊技術(shù)（包括基於重金屬的自旋軌道耦合和單三重態(tài)能量分裂的調(diào)整）來(lái)改善它的不足。但由於這些特殊技術(shù)主要集中在採(cǎi)集三重態(tài)的光發(fā)射上，對(duì)分子設(shè)計(jì)有嚴(yán)格的限制，所以不適合使用。
為此，國(guó)立大學(xué)化學(xué)系劉曉剛教授的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新的方法，通過(guò)將有機(jī)分子與摻雜鑭系的納米顆粒耦合，控制這些分子三重態(tài)的光發(fā)射特性。研究表明，利用該方法可以通過(guò)光子吸收直接在有機(jī)分子上生成分子三重態(tài)。這意味著分子可以獲得能量，並從基態(tài)單重態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)三重態(tài)。這種直接的光學(xué)轉(zhuǎn)變?cè)谝郧笆遣豢赡艿摹Ａ硗?，研究者還發(fā)現(xiàn)，這種轉(zhuǎn)變可以在10皮秒以下的時(shí)間尺度上發(fā)生，且效率統(tǒng)一。由於它們被耦合到摻雜了鑭系的納米顆粒上，分子的這些三重態(tài)激發(fā)態(tài)就可以以統(tǒng)一效率向鑭系離子進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)光發(fā)射。
劉曉剛教授說(shuō)：“我們解決了在光電領(lǐng)域工作的科學(xué)家們長(zhǎng)期面臨的實(shí)驗(yàn)難題，並且已經(jīng)證明這是一種有效的分子三重態(tài)的發(fā)光採(cǎi)集策略。這些成果還建立了一種操縱分子三重態(tài)激子的新方法，有望為三重態(tài)敏化、光催化、光電子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)治療、傳感和光子頻率轉(zhuǎn)換等多學(xué)科開(kāi)闢新的途徑。”
