Ученые превращают низкоэнергетические фотоны в высокоэнергетические
Повышение фотонной конверсии может быть достигнуто с помощью специализированных органических молекул и тщательно разработанных структур нанокристаллов кремния. Это приближает исследователей как никогда к созданию инвазивных фотодинамических методов лечения рака.
Восходящая конверсия фотонов - это процесс, в котором два или более низкоэнергетических фотона поглощаются и преобразуются в один испускаемый фотон с более высокой энергией. Поглощение происходит в инфракрасном диапазоне, в то время как излучение происходит в ультрафиолетовой или видимой областях электромагнитного спектра.
Преобразованные материалы, однако, либо основаны на токсичных материалах, либо имеют низкую эффективность. Хотя кремний является идеальным кандидатом, ученые не смогли достичь конверсии фотонов с использованием его нанокристаллов.
Недавно исследователи из Университета Техаса и Калифорнийского университета показали, что преобразование фотонов с повышением частоты может быть достигнуто с помощью специализированных органических молекул и тщательно разработанных структур нанокристаллов кремния.
Как они это делают?
Исследовательская группа изучила химию поверхности нанокристаллов кремния и выяснила способ связывания лигандов с наночастицами, которые могут эффективно передавать энергию от нанокристаллов кремния к соседним молекулам.
После попадания лазерного света в раствор нанокристаллы с подходящими поверхностными лигандами быстро перевели энергию в триплетное состояние соседних молекул. Затем низкоэнергетическое возбуждение преобразуется в высокоэнергетическое с помощью процесса, известного как триплет-триплетный синтез.
Это приводит к излучению фотона при более высокой энергии (или более короткой длине волны) по сравнению с излучением, первоначально поглощенным наночастицей. Так они достигли света с более высокой энергией.
Чтобы преобразовать фотоны с низкой энергией в фотоны с высокой энергией, вы должны
- использовать тройки
- использовать квантово-ограниченные наночастицы
- держать наночастицы очень близко к органическим молекулам
Этот процесс является одновременно эффективным и быстрым. Однако извлечение возбужденных электронов из органических материалов и помещение их в кремний было довольно сложной задачей. Исследователи разработали новый вид химического интерфейса, который позволял осуществлять электронную связь между органическим материалом и кремнием.
Применение
Исследование приближает исследователей как никогда к созданию инвазивных фотодинамических методов лечения рака.
Высокоэнергетический свет (UV) может генерировать свободные радикалы для атаки на раковые клетки, но он не может проникать глубоко в ткани, чтобы производить терапевтические радикалы вблизи места рака. С другой стороны, ближний инфракрасный свет может глубоко проникать, но не обладает достаточной энергией для образования радикалов. Фотон с повышением частоты может решить эту проблему.
Полученные результаты могут также увеличить ускорение химических реакций под действием света, процесса, известного как фотокатализ. Это обычно работает с фиолетовым или ультрафиолетовым светом.
Благодаря своей совместимости с окружающей средой и присущей устойчивости, кремниево-центрированный механизм также очень важен для солнечных батарей с одиночным делением и квантовой информатики.
Источник: