Les scientifiques de NUS ont développé une approche pour améliorer la génération et la récolte luminescente de triplets moléculaires en les couplant avec des nanoparticules dopées aux lanthanides. Cette innovation apporte de nouvelles connaissances sur l'interaction nanocristal-molécule de lanthanide dans le domaine optoélectronique.

La génération, le contrôle et le transfert des excitons triplets (paires électron-trou liées) dans les systèmes moléculaires et hybrides est un sujet de grand intérêt dans diverses disciplines, de la physique et de la chimie à la science des matériaux et à la biologie. Cet intérêt est motivé par une gamme d'applications potentielles, telles que l'émission lumineuse de molécules, conversion de fréquence de photons, photocatalyse, sentir, et la thérapie photodynamique. Cependant, Les triplets moléculaires sont de mauvais émetteurs de lumière, des techniques spéciales sont donc utilisées pour contourner cette limitation. Les techniques comprennent le couplage spin-orbite à base de métaux lourds et le réglage de la division d'énergie singulet-triplet. Cependant, ces deux approches ne sont pas adaptées car elles se concentrent principalement sur la récolte des émissions lumineuses des triplets et cela impose des contraintes strictes sur la conception moléculaire.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Xiaogang Liu du département de chimie, NUS a développé une nouvelle approche pour contrôler les propriétés d'émission de lumière de ces triplets moléculaires en couplant des molécules organiques à des nanoparticules dopées aux lanthanides (voir Figure). Cette recherche est en collaboration avec le professeur Renren Deng de l'Université du Zhejiang, Chine et le professeur Akshay Rao de l'Université de Cambridge, Royaume-Uni. En utilisant leur méthode, des triplets moléculaires peuvent être générés directement sur les molécules organiques par absorption de photons. Cela signifie que les molécules peuvent gagner de l'énergie et transiter directement du singulet à l'état fondamental pour devenir des triplets à l'état excité. Cette transition optique directe n'était pas possible auparavant. Les chercheurs ont découvert que la transition peut se produire sur des échelles de temps inférieures à 10 picosecondes avec une efficacité unitaire. Comme ils sont couplés aux nanoparticules dopées aux lanthanides, ces états triplet d'excitons des molécules peuvent alors subir un transfert d'énergie vers les ions lanthanides avec une efficacité unitaire, permettant l'émission de lumière.

Le professeur Liu a dit, "Nous avons relevé un défi expérimental de longue date auquel sont confrontés les scientifiques travaillant dans le domaine optoélectronique, et il s'est avéré être une stratégie efficace pour la récolte luminescente de triplets moléculaires. Ces résultats établissent également une nouvelle méthode pour manipuler les excitons de triplet moléculaire et devraient ouvrir de nouvelles voies pour un large éventail de disciplines, y compris la sensibilisation triplet, photocatalyse, optoélectronique, thérapeutiques biomédicales, sentir, et la conversion de fréquence des photons."