Nový organický materiál září v infračervené oblasti: Klíč k pokročilým 3D displejům a kvantovým technologiím

Vědci z japonské univerzity Kjúšú vyvinuli nový organický materiál, který dokáže efektivně emitovat jasné kruhově polarizované světlo (CPL) v hluboké červené až blízké infračervené oblasti spektra.

Vědci z japonské univerzity Kjúšú vyvinuli nový organický materiál, který dokáže efektivně emitovat jasné kruhově polarizované světlo (CPL) v hluboké červené až blízké infračervené oblasti spektra. Tento průlom otevírá dveře k řadě pokročilých optických aplikací a kvantových technologií.

Kruhově polarizované světlo je klíčové pro technologie, jako jsou 3D displeje nové generace nebo biozobrazovací nástroje schopné detekovat signály hluboko v živých tkáních. K jeho výrobě se často používají chirální molekuly, mezi nimiž jsou slibné malé organické molekuly (SOMs), konkrétně luminescenční radikály. Rodina radikálů na bázi tris(2,4,6‑trichlorfenyl)methylu (TTM) je přirozeně chirální, ale v praxi narážela na kompromisy mezi stabilní chiralitou, vysokou účinností emise a odolností v provozních podmínkách.

Tým pod vedením docenta Kena Albrechta a doktoranda Kazuhiro Nakamury syntetizoval novou řadu TTM radikálů. Vycházeli z derivátu TTM obsahujícího brom (TTBrM) a do něj začlenili organickou sloučeninu karbazol (Cz). Vznikly tak tři nové karbazolem substituované TTM radikály: CzTTBrM, 2CzTTBrM a 3CzTTBrM. Zavedení jednotek Cz zásadně změnilo způsob emise světla. Místo jednoduchého lokalizovaného elektronového přechodu dochází k emisi prostřednictvím procesu přenosu náboje mezi dárcem Cz a akceptorem TTBrM, což posunulo výstup do červené až blízké infračervené oblasti 650–800 nanometrů.

Měření kvantového výtěžku fotoluminiscence, což je metrika popisující účinnost přeměny absorbované energie na světlo, ukázala u nejlépe fungující sloučeniny hodnoty přibližně 30krát vyšší než u konvenčních chirálních luminescenčních radikálů. Fotostabilita se zlepšila přibližně stonásobně, přičemž nové radikály vydržely přes 1300 sekund nepřetržitého laserového záření oproti 19 sekundám u TTBrM. Chiralita všech tří sloučenin byla také stabilní, s vysokými bariérami proti racemizaci (přeměně opticky aktivní sloučeniny na opticky neaktivní formu). To znamená, že radikály rychle nepřecházely mezi svými zrcadlovými formami při pokojové teplotě, což umožnilo úspěšně izolovat enantiopurní (jednu zrcadlovou) formu, která vykazovala pozoruhodně jasné CPL.

Pro další prozkoumání optického chování těchto sloučenin vědci vložili radikály do mikroskopických polystyrenových kuliček. Při osvětlení laserem tyto mikrokuličky vykazovaly rezonanci šeptající galerie (whispering gallery mode resonance), optický jev, při kterém světlo cirkuluje uvnitř sférické dutiny a zesiluje se na specifických vlnových délkách. Tento jev, představující předlaserové stadium, nebyl dosud u luminescenčních radikálových systémů nikdy popsán.

Kromě využití v displejích, biozobrazování a laserech tým zdůraznil i širší potenciál luminescenčních radikálů jako funkčních materiálů v rozvíjejících se kvantových technologiích. Tyto sloučeniny by mohly být využity jako kvantové materiály manipulovatelné magnetickým polem a mikrovlnami, což je slibné pro vědu o kvantových informacích nové generace. Studie tak představuje účinnou strategii pro kombinaci příznivé elektronové struktury, chirality a emise světla v jediném molekulárním systému, čímž překonává dlouhodobé kompromisy a posouvá novou generaci optických a kvantových technologií.