この技術革新はすべてを変える可能性がある。

発光ダイオード (LED) は、電流を流すと光を発する光源です。

LED技術は、巨大なテレビ画面から日常の電球まで、現代生活に欠かせないものとなっています。OLEDやQLEDといった新しい技術も、ユーザーには馴染み深いものとなっています。

同じ明るさの白熱灯や電球型蛍光灯と比較すると、LED電球は消費電力がそれぞれ1/10と1/2しかなく、寿命も数倍長くなります。

広く使用されているにもかかわらず、この素材には致命的な欠陥があります。それは、電気を流さないことです。しかし、ケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所の新たな研究により、この状況は一変しました。

具体的には、科学者たちはこれらの絶縁粒子に電気を伝導させて光を放射させる方法を発見し、光電子技術の新たな章を開きました。

この発見の焦点は、絶縁性ランタノイドナノ粒子（LnNP）です。これらの粒子には、ネオジムやイッテルビウムなどの希土類元素が含まれています。その注目すべき特性は、励起されると非常に明るい光を発する能力です。

科学者たちは、LEDに電気を通しながら光を発する方法を発見し、光電子技術に新たな一章を開いた。写真：カミラ・プリエト

しかし、これらは絶縁体です。これまで科学者たちは、これらに電気を通すことに失敗してきました。これまでの試みでは、電荷を内部のランタノイドイオンと接触させるには、極めて高い温度や極めて高い電圧が必要でした。

この障壁のため、LnNP の用途はこれまで、主に電気エネルギーに依存しない深部組織イメージングに限られていました。

この断熱「壁」を克服するために、ケンブリッジ大学の研究チームは異なるアプローチを選択しました。熱や圧力で壁を突き破ろうとするのではなく、より巧妙なアプローチ、つまりハイブリッド化を採用したのです。

具体的には、科学者たちは9-ACAと呼ばれる有機色素を使用しました。この色素分子は、LnNP表面の絶縁層を置き換えるために使用されました。

この外層を置き換えることで、特殊な充電技術が可能になります。科学者たちは、この新しい有機層に電子を注入します。このプロセスにより、励起子（電子の励起状態）が生成されます。ここからエネルギーが内部のランタノイドイオンに伝達され、それらが発光します。

この研究はまた、これまでの実験における最大の障害はLnNPのエネルギーギャップであったと指摘している。

ケンブリッジ大学の研究チームは、絶縁層を有機材料に置き換えることでこのギャップを埋め、電気エネルギーが効率的に発光を引き起こすことを可能にした。

このハイブリッド化プロセスの成果は実に印象的です。新しいLED（LnLEDとも呼ばれます）は、ほぼ完璧な純度で近赤外線（NIR）光を生成します。

実際、このハイブリッドLEDはテストにおいて、市場に出回っているほとんどの有機NIR LEDよりも優れた性能を示しました。さらに、スペクトルの狭帯域性（色純度）とエネルギー効率の両方において優れた性能を示しました。

この発見は単なる実験理論の域を超え、特に医学や生物医学技術の分野で無数の実用化への道を切り開きます。

現在、体の深部を観察するには、医師はX線やMRIを使用することが多いです。可視光を使用する他の光学的手法は、皮膚や血液によって遮断されます。

一方、NIR 光は通常の光よりも皮膚や軟組織に容易に浸透するため、「生物学的ウィンドウ」内に含まれます。

新たなLED技術は、ほぼ完璧な純度の近赤外線（NIR）光を生成します。これにより、LnLEDを組み込んだ皮膚パッチのみを用いて、皮膚の深部にある内臓や血管を正確にモニタリングできるようになるため、医療に新たな道が開かれます。写真： Specim

しかし、現在の有機発光材料は、短時間の露出後に滲み出ることが多く、長期モニタリングに支障をきたします。

希土類元素の安定性のおかげで、LnLED 技術はこの問題を完全に克服し、退色耐性のある医療用画像装置の作成を可能にし、これまでよりも鮮明に体の組織を観察できるようになります。

医師は、LnLED を含む皮膚パッチを使用して、侵襲的な処置を行わずに、皮膚の深部にある内臓や血管の状態を数日間継続的に監視できます。

さらに、有機材料と無機材料を組み合わせることで、より柔軟で耐久性の高いデバイスが実現します。さらに重要な点として、研究チームは、この手法は他の種類の絶縁材料にも容易に適用でき、様々な新たな実験や発明への道を開くと述べています。

出典: https://znews.vn/dot-pha-cong-nghe-nay-co-the-thay-doi-moi-thu-post1616610.html

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