В статье, опубликованной в журнале Американского химического общества Нанобуквы, они сообщают о синтезе полупроводниковых "гигантских" квантовых точек с сердцевиной и оболочкой с рекордным временем жизни излучения. Кроме того, сроки службы можно регулировать, внося простые изменения во внутреннюю структуру материала.

Группа, в которую вошли сотрудники Принстонского университета и Университета штата Пенсильвания, продемонстрировала новую концепцию структуры-свойства, которая придает способность пространственно локализовать электроны или дырки в гетероструктуре ядро / оболочка путем настройки кинетической энергии носителя заряда на параболической поверхности потенциальной энергии.

По словам химика UIC Престона Сни, такое разделение носителей заряда приводит к увеличению времени жизни излучения и непрерывному излучению на уровне одной наночастицы.

"Эти свойства открывают новые области применения в оптике, облегчают новые подходы, такие как визуализация одиночных частиц с временной привязкой, и создают предпосылки для разработки других новых передовых материалов", - сказал Сни, адъюнкт-профессор химии UIC и старший соавтор исследования.

Сни и первый автор исследования, Марселл Пальмаи, научный сотрудник UIC в области химии, объединились с Хоу Янгом из Принстона и другими, чтобы возбудить частицу квантовых точек светом, чтобы перевести ее в состояние "экситона". Экситон представляет собой пару зарядов электрон / дырка, и в новых материалах электрон смещается из центра в оболочку, где он оказывается в ловушке более чем на 500 наносекунд, что является рекордом для таких наноматериалов.

"Как излучающие материалы, квантовые точки обещают создать более энергоэффективные дисплеи и могут быть использованы в качестве флуоресцентных зондов для биомедицинских исследований благодаря их очень прочным оптическим свойствам. Они в 10-100 раз лучше впитывают влагу, чем органические красители, и почти невосприимчивы к фотообесцвечиванию, поэтому их используют в новом QLED-телевизоре Samsung", - пишут они.

По мнению исследователей, эти новые частицы обладают большой эффективностью для фундаментальных биологических открытий.

Квантовые точки, представленные в их статье, излучают на красных длинах волн, что сводит к минимуму рассеяние, в то время как длительный срок службы позволяет выполнять биологическую визуализацию с меньшим фоновым шумом. На уровне отдельных частиц новые квантовые точки излучают непрерывно, поэтому ученый-исследователь может помечать белки, имеющие отношение к раку, и следить за биологической динамикой, не теряя след сигнала, что в настоящее время является общей проблемой при подобных исследованиях.

В будущих исследованиях группа планирует продемонстрировать, что из этих материалов получаются хорошие компоненты для оптических устройств, таких как лазеры микронного размера.

Дополнительными соавторами статьи являются Марселл Палмай, Ын Бель Ким, Пракаш Параджули, Кайл Томчак, Кай Ван, Бибаш Сапкота, Нан Цзян и Роберт Ф. Клие из UIC; Джозеф С. Беквит, Нисса Т. Эмерсон, Шухуэй Инь и Тянь Чжао из Принстона; и Мин Тянь из Университета штата Пенсильвания.

Финансирование из Университета Иллинойса в Чикаго в первую очередь поддержало эту работу. Исследование также было поддержано финансированием из Фонда нефтяных исследований Американского химического общества и грантами Министерства энергетики США (DE-SC0019364), Национального фонда научных исследований (P2GEP2_191208) и Национального научного фонда (CHE-1944796).