镧系纳米晶体使分子三重态激子发光

新加坡国立大学的科学家们开发了一种通过将分子三重态与掺杂镧系纳米颗粒耦合来改善分子三重态的生成和发光采集的方法。这一创新为光电领域中的镧系纳米晶体-分子相互作用提供了新的见解。

在分子和混合系统中三重态激子（结合的电子-空穴对）的产生、控制和转移是物理学、化学、材料学和生物学等学科的一个重要话题。由于分子三重态是不良的发光体，因此需采用特殊技术（包括基于重金属的自旋轨道耦合和单三重态能量分裂的调整）来改善它的不足。但由于这些特殊技术主要集中在采集三重态的光发射上，对分子设计有严格的限制，所以不适合使用。

为此，国立大学化学系刘晓刚教授的研究团队开发了一种新的方法，通过将有机分子与掺杂镧系的纳米颗粒耦合，控制这些分子三重态的光发射特性。研究表明，利用该方法可以通过光子吸收直接在有机分子上生成分子三重态。这意味着分子可以获得能量，并从基态单重态转变为激发态三重态。这种直接的光学转变在以前是不可能的。另外，研究者还发现，这种转变可以在10皮秒以下的时间尺度上发生，且效率统一。由于它们被耦合到掺杂了镧系的纳米颗粒上，分子的这些三重态激发态就可以以统一效率向镧系离子进行能量转移，从而实现光发射。

刘晓刚教授说：“我们解决了在光电领域工作的科学家们长期面临的实验难题，并且已经证明这是一种有效的分子三重态的发光采集策略。这些成果还建立了一种操纵分子三重态激子的新方法，有望为三重态敏化、光催化、光电子学、生物医学治疗、传感和光子频率转换等多学科开辟新的途径。”

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