L'amélioration de la photoluminescence est démontrée au niveau de la molécule unique pour les systèmes à deux particules composés d'un point quantique (Qdot) et d'une nanoparticule d'or (AuNP) liés par un ADN double brin (ADNdb) lorsqu'ils sont optiquement excités avec des longueurs d'onde dans la plage de résonance plasmonique de surface de l'or nanoparticule.
(PhysOrg.com) -- La démonstration d'une méthode de nanoassemblage de précision basée sur l'ADN pour la fabrication d'agrégats de particules électroluminescentes pourrait conduire à des avancées dans les cellules solaires, optoélectronique, et biocapteurs
En reliant des points quantiques semi-conducteurs individuels à des nanoparticules d'or, des scientifiques du laboratoire national de Brookhaven du département américain de l'Énergie (DOE) ont démontré leur capacité à augmenter jusqu'à 20 fois l'intensité de la lumière émise par les points quantiques individuels. La méthode de précision pour la fabrication des amas de particules électroluminescentes - publiée en ligne le 26 juillet 2010 dans la revue ChemComm -- fera considérablement progresser la capacité des scientifiques à étudier et à modifier les propriétés optiques des points quantiques, et pourrait éventuellement conduire à des dispositifs améliorés de conversion de l'énergie solaire, électronique contrôlée par la lumière, et biocapteurs.
"Les points quantiques - de minuscules cristaux de matériaux semi-conducteurs qui émettent de la fluorescence, ou émettre de la lumière, en réponse à la photoexcitation - ont un potentiel énorme pour une utilisation dans un large éventail de domaines allant de la conversion de l'énergie solaire à l'informatique et à la médecine, " dit Mircea Cotlet, physico-chimiste au Brookhaven’s Center for Functional Nanomaterials (CFN) et auteur principal de la présente étude. "Mais de nombreux facteurs peuvent influencer la lumière qu'ils émettent, et il est difficile de trier les contributions de ces facteurs dans de grands échantillons en raison de la moyenne d'ensemble inhérente. Construire des structures à molécule unique au CFN semblait le moyen idéal pour démêler ces effets. »
L'équipe de Brookhaven a récemment développé une technique de précision pour construire de telles structures de taille nanométrique en utilisant de courts brins d'ADN comme une «colle» hautement spécifique pour lier les particules entre elles.
"L'ADN se compose de deux brins avec des paires de bases complémentaires qui ne collent que d'une seule manière, " a expliqué Oleg Gang, chef de l'équipe qui a développé la technique. "En variant la longueur des brins individuels et en attachant des pièces complémentaires aux particules que nous voulons joindre, et ancrer l'ensemble du procédé sur une surface d'assemblage, nous pouvons contrôler avec précision la construction de nanoclusters individuels.
Dans l'étude actuelle, l'équipe a utilisé ce processus en plusieurs étapes pour attacher des points quantiques semi-conducteurs à des nanoparticules d'or. Les matériaux métalliques sont connus pour affecter les propriétés optiques des points quantiques, soit en améliorant ou en inhibant la photoluminescence, en fonction d'une série de facteurs, y compris la taille et la forme des matériaux, la distance entre eux, et la longueur d'onde de la lumière utilisée pour induire la photoexcitation.
La technique d'assemblage de précision a permis aux scientifiques de contrôler la taille, forme, et les facteurs de distance à un degré élevé de précision et tester l'effet de la longueur d'onde isolément. Ils ont spécifiquement choisi deux longueurs d'onde à tester :une proche de la "résonance plasmon" des nanoparticules d'or, c'est-à-dire une longueur d'onde qui induit une oscillation collective des électrons conducteurs du matériau, conduisant à une forte absorption de la lumière à cette longueur d'onde - et une en dehors de cette plage.
La longueur d'onde dans la plage de résonance plasmon a augmenté la photoluminescence d'environ quatre fois par rapport à la luminescence obtenue par la longueur d'onde en dehors de la plage de résonance plasmon. Comparée à la photoluminescence de points quantiques individuels non liés à des nanoparticules d'or, la longueur d'onde de résonance a amélioré la photoluminescence des points quantiques liés à l'or d'un ordre de grandeur.
« Cette capacité à contrôler les propriétés excitoniques des points quantiques fluorescents plasmoniques est essentielle au développement de dispositifs tels que les cellules solaires, diodes électroluminescentes, ou des circuits optiques et pourraient améliorer la sensibilité des tests de biodétection basés sur les points quantiques, », a déclaré Cotlet.
