کشف ساز و کاری که عامل تداوم فتولومینسانس در نانوبلور است

محققان دانشگاه کارولینای شمالی دریافتند که انتقال اگزایتون‌های سه گانه از نانوذرات به مولکول‌های دیگر منجر به ساز و کار فیدبک‌گونه‌ای می‌شود که برخی انرژی‌ها را به نانوبلور باز می‌گرداند و منجر به فتولومینسانس می‌شود. این ساز و کار می‌تواند به‌گونه‌ای تنظیم شود که مقدار انرژی انتقالی را کنترل و از این کار در بخش اپتوالکترونیک استفاده کرد.
فلیکس کاستلانو از مدیران بخش شیمی دانشگاه ایالتی کارولینای شمال پیش از این نشان داده بود که نانوبلورهای نیمه‌هادی می‌توانند انتقال انرژی به مولکول‌ها را انجام دهند. بنابراین طول عمر حالت برانگیخته را می‌توان به قدری طولانی کرد که برای واکنش‌های فتوشیمیایی مناسب شود.
در این پروژه محققان نشان دادند که نه ‌تنها طول عمر حالت برانگیخته افزایش می‌یابد، بلکه بخشی از انرژی به نانوماده اولیه باز می‌گردد.
کاستلانو می‌گوید: «زمانی که ما به انتقال اگزایتون سه‌گانه از نانومواد به مولکول‌ها نگاه می‌کنیم، درمی‌‌یابیم که بعد از انتقال اولیه‌ی نانومواد هنوز تابش لومینسانس دارند که این موضوع دور از انتظار است. ما تصمیم گرفتیم که این موضوع را بررسی کنیم و دریابیم که دقیقا چه اتفاقی در سطح مولکولی می‌افتد.
این گروه تحقیقاتی از نقاط کوانتومی سلنید کادمیم به‌عنوان نانوماده استفاده کردند. پیرن‌کربوکسیل اسید به‌عنوان مولکول گیرنده مورد استفاده قرار گرفت. پژوهشگران دریافتند که در دمای اتاق نزدیک بودن سطح انرژی موجب تشکیل یک ساز و کار فیدبک‌دهی شده که این در نهایت منجر به فتولومینسانس می‌شود.
این گروه آزمایش‌های جدیدی انجام دادند و در آن گپ انرژی نقاط کوانتومی را با تغییر ابعاد، تغییر دادند. با کنترل ابعاد، تغییرات قابل پیش‌بینی در طول عمر حالت برانگیخته ایجاد شد. این گروه آزمایش‌های خود را در دماهای مختلف انجام دادند و نتایج را با مکانیسم انتقال انرژی حرارتی فعال مقایسه کردند.
کاستلانو می‌گوید: «با توجه به فاصله نسبی انرژی، این سامانه می‌تواند طوری تنظیم شود که رفتاری شبیه به نانوذرات سلنید کادمیم یا PCA داشته باشد. ما می‌توانیم موادی با خواص فتولومینسانس منحصر به فرد تولید کنیم که به سادگی با کنترل ابعاد نانوذرات و دمای سیستم، خواص لومینسانس را دستکاری کنیم.»