कॅम्ब्रिज संशोधकांनी इन्सुलेटिंग नॅनोपार्टिकल्सपासून एक ‘अशक्य’ LED तयार केला

सामग्री विज्ञानातील दीर्घकालीन अडथळा कदाचित दूर झाला आहे

कॅम्ब्रिज विद्यापीठातील संशोधकांचे म्हणणे आहे की त्यांनी जे अशक्य मानले जात होते ते साध्य केले आहे: विद्युत इन्सुलेटर असलेल्या नॅनोपार्टिकल्सपासून LEDs तयार करणे. त्यांच्या उपायामध्ये विशेष निवडलेल्या सेंद्रिय रेणूंचा “molecular antennas” प्रमाणे वापर करून charge carriers पकडले जातात आणि अन्यथा power न होऊ शकणाऱ्या पदार्थात ऊर्जा हस्तांतरित केली जाते.

Nature मध्ये प्रकाशित झालेल्या या कामाचे लक्ष lanthanide-doped nanoparticles, किंवा LnNPs, यांच्यावर आहे. हे अतिशय स्थिर आणि अत्यंत शुद्ध प्रकाश निर्माण करण्यासाठी मूल्यवान मानले जातात. आतापर्यंत, विद्युत वहनक्षमतेअभावी त्यांचा वापर पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक प्रकाश-उत्सर्जक उपकरणांमध्ये मर्यादित राहिला होता.

हे नॅनोपार्टिकल्स का महत्त्वाचे आहेत

LnNPs आकर्षक आहेत, कारण ते second near-infrared region मध्ये उत्सर्जन करू शकतात; स्पेक्ट्रमचा तो भाग जो जैविक ऊतींमधून खोलवर जातो. त्यामुळे वैद्यकीय imaging आणि sensing मध्ये त्यांची स्पष्ट उपयुक्तता आहे, जिथे अधिक खोल प्रवेश आणि स्वच्छ संकेत चांगली कार्यक्षमता देऊ शकतात. हीच optical purity communications technology आणि advanced detectors साठीही महत्त्वाची ठरू शकते.

समस्या कधीच त्यांच्या प्रकाशगुणवत्तेची नव्हती. समस्या power ची होती. Insulators सहज विद्युतप्रवाह वाहून नेत नाहीत, त्यामुळे त्यांना LED च्या साध्या विद्युत संरचनेत एकत्र करणे कठीण जाते.

“Back door” पद्धत

दिलेल्या स्रोत मजकुरानुसार, कॅम्ब्रिज टीमने antenna सारखे काम करणारे सेंद्रिय रेणू जोडून ती मर्यादा टाळली. इन्सुलेटिंग नॅनोपार्टिकलमधून प्रवाह जबरदस्तीने पाठवण्याऐवजी, हे रेणू प्रथम विद्युत ऊर्जा पकडतात आणि नंतर ती प्रकाश-उत्सर्जक प्रणालीत हस्तांतरित करतात. Professor Akshay Rao यांनी याला कणांना power देण्यासाठी एक “back door” शोधण्यासारखे सांगितले.

हे framing महत्त्वाचे आहे, कारण ते एकदाच वापरल्या जाणाऱ्या युक्तीपेक्षा platform concept सूचित करते. जर molecular interfaces विद्युतदृष्ट्या सक्रिय पदार्थ आणि optical-रित्या उत्कृष्ट पण insulating nanoparticles यांच्यात सातत्याने पूल बांधू शकले, तर भविष्यातील emitters साठी design space लक्षणीयरीत्या वाढेल.

Near-infrared क्षमता

ही breakthrough विशेषतः त्या wavelength region मुळे लक्षवेधी आहे. Near-infrared emitters biomedical imaging, sensing, आणि काही communications applications साठी महत्त्वाचे आहेत, पण अत्यंत शुद्ध emission कार्यक्षमतेने तयार करणे अनेकदा कठीण असते. Lanthanide-based systems optical stability मुळे दीर्घकाळ आशादायक वाटत आले आहेत. आव्हान होते ते त्यांना उपकरणांमध्ये व्यवहार्यरीत्या एकत्र करण्याचे.

ही नवीन पद्धत scale झाली, तर ती अशा LEDs ची नवी श्रेणी निर्माण करू शकते ज्यांच्या वैशिष्ट्यांशी पारंपरिक पदार्थ स्पर्धा करू शकणार नाहीत. स्रोत सामग्री ultra-pure near-infrared light आणि उल्लेखनीय efficiency यांवर भर देते, आणि ही दोन्ही गोष्टी ही तंत्रज्ञान प्रयोगशाळेपलीकडेही उपयुक्त करू शकतात.

हे वैज्ञानिकदृष्ट्या मनोरंजक का आहे

इथे एक खोल वैज्ञानिक मुद्दाही आहे. संशोधक फक्त एखाद्या ज्ञात semiconductor pathway चे optimization करत नाहीत. ते दाखवत आहेत की विद्युत उत्तेजना molecular design द्वारे अशा पदार्थ-वर्गाकडे वळवली जाऊ शकते, ज्याला सामान्य समज LED अनुप्रयोगांसाठी बाद मानेल.

अशा परिणामांना महत्त्व असते, कारण ते engineering assumptions पुन्हा परिभाषित करतात. एकदा एखादा पदार्थ-वर्ग “optically useful but electrically unusable” वरून “right interface सह usable” असा झाला, की संपूर्ण research programs ची दिशा बदलू शकते.

पुढे काय

प्रयोगशाळेतील पुराव्यापासून व्यावसायिक platform पर्यंतचा प्रवास कधीच आपोआप होत नाही. Device durability, manufacturability, विद्यमान architectures सोबत integration, आणि खर्च हे सर्व हा दृष्टिकोन व्यवहार्य तंत्रज्ञान बनतो की नाही हे ठरवतील. तरीही, हा दावा महत्त्वाचा आहे. एक अत्यंत आशादायक light-emitting material system यावरील मोठी मर्यादा टाळली गेली आहे असे दिसते.

materials science, photonics, आणि bioimaging यांच्या संगमावर लक्ष ठेवणाऱ्या emerging technology क्षेत्रांसाठी ही घडामोड बारकाईने पाहण्यासारखी आहे. कधी कधी breakthrough महत्त्वाचा असतो तो विद्यमान घटक थोडा सुधारल्यामुळे नाही, तर पूर्वी पूर्णपणे वगळलेला घटक विद्युतदृष्ट्या शक्य करून दिल्यामुळे.

हा लेख Science Daily च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.