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新加坡國立大學的科學家們開發出了一種通過將分子三重態與摻雜鑭系納米顆粒耦合來改善分子三重態的生成和發光採集的方法。這一創新為鑭系納米晶體-分子在光電領域的相互作用提供了新的見解。
在分子和混合系統中，三重態激子（結合的電子-空穴對）的產生、控制和轉移是各學科（從物理學、化學到材料科學和生物學）都非常感興趣的話題。這種興趣是由一系列潛在的應用所驅動的，如分子的光發射、光子頻率轉換、光催化、傳感和光動力療法。然而，分子三重態是不良的發光體，因此需要採用特殊技術來規避這一限制。這些技術包括基於重金屬的自旋軌道耦合和單三重態能量分裂的調整。然而，這兩種方法都不適用，因為它們主要集中在採集三重態的光發射上，這對分子設計有嚴格的限制。
新加坡國立大學化學系Xiaogang Liu教授領導的研究團隊開發了一種新的方法，通過將有機分子與摻雜鑭系的納米顆粒耦合，控制這些分子三重態的光發射特性。這項研究是與中國浙江大學的Renren Deng教授和英國劍橋大學的Akshay Rao教授合作進行的。利用他們的方法，可以通過光子吸收直接在有機分子上生成分子三重態。這意味著分子可以獲得能量，並從基態單重態轉變為激發態三重態。這種直接的光學轉變在以前是不可能的。研究人員發現，這種轉變可以在10皮秒以下的時間尺度上發生，且效率統一。由於它們被耦合到摻雜了鑭系的納米顆粒上，分子的這些三重態激發態就可以以統一效率向鑭系離子進行能量轉移，從而實現光發射。
Liu教授說："我們解決了在光電領域工作的科學家們長期面臨的實驗難題，並且已經證明這是一種有效的分子三重態的發光採集策略。這些成果還建立了一種操縱分子三重態激子的新方法，有望為三重態敏化、光催化、光電子學、生物醫學治療、傳感和光子頻率轉換等多學科開闢新的途徑。"
論文標題為《Lanthanide-doped inorganic nanoparticles turn molecular triplet excitons bright》。