Kleine fluorescerende halfgeleiderstippen, kwantumstippen genoemd, zijn nuttig in een verscheidenheid aan gezondheids- en elektronische technologieën, maar zijn gemaakt van giftige, dure metalen. Niet-toxische en economische stippen op basis van koolstof zijn gemakkelijk te produceren, maar ze zenden minder licht uit. Een nieuwe studie die ultrasnelle nanometrische beeldvorming gebruikt, vond goede en slechte emitters onder populaties van koolstofstippen. Deze waarneming suggereert dat door alleen superstralers te selecteren, koolstofnanodots kunnen in veel toepassingen worden gezuiverd om giftige metalen kwantumdots te vervangen, aldus de onderzoekers.

De bevindingen, gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences , bracht onderzoekers van de University of Illinois Urbana-Champaign en de University of Delaware samen, Baltimore County in een samenwerkingsproject via het Beckman Institute for Advanced Science and Technology in Illinois.

"Als ik in deze studie kom, we wisten niet of alle koolstofstippen slechts middelmatige emitters zijn of dat sommige perfect waren en andere slecht, " zei Martin Gruebele, hoogleraar scheikunde in Illinois, die de studie leidde. "We wisten dat als we konden laten zien dat er goede en slechte zijn, misschien kunnen we uiteindelijk een manier vinden om de perfecte uit de mix te halen."

Bepalen of koolstofstippen goede of slechte lichtstralers zijn, begint met ze te kunnen zien, zei Gruebele. De stippen hebben een diameter van minder dan 10 nanometer en wanneer opgewonden, beslissen of u fluoresceert in een kwestie van in picoseconden - of een duizendste van een miljardste van een seconde.

"Met behulp van onze eerder ontwikkelde absorptiescanning-tunnelmicroscoop met één molecuul, we konden ons alleen opgewonden toestanden voorstellen zonder tijdsresolutie, " zei Gruebele. "In deze studie, echter, we kunnen nu kwantumdots opnemen in hun aangeslagen toestand door echte nanometerruimteresolutie te combineren met femtoseconde tijdresolutie."

Het team ontdekte dat de energie-excitatie een van de twee paden volgt:ofwel licht uitstralen of de energie als warmte verdrijven voordat ze de kans krijgen om te fluoresceren.

"We ontdekten dat in bulkpopulaties, ongeveer 20% van een bepaalde populatie koolstofnanodots zijn perfecte emitters, terwijl ongeveer 80% een zeer korte lichtemissietoestand heeft voordat warmte wordt verdreven, "Zei Gruebele. "Het kunnen zien dat er verschillende populaties zijn, vertelt ons dat het mogelijk is om koolstofpuntpopulaties te zuiveren door alleen de perfecte lichtzenders te selecteren."

De mogelijkheid om de perfecte stippen te kiezen, zou het concept van efficiënte op koolstof gebaseerde stippen een realiteit kunnen maken, zei Gruebele. "Metalen quantum dots worden vaak gebruikt om de gezondheid van levende cellen te monitoren, wat verre van ideaal is, en met een niet-toxische, economische optie zou een aanzienlijke vooruitgang zijn."

De nieuwe beeldvormingstechnologie stelt de onderzoekers ook in staat om te observeren waarom sommige stippen nooit oplichten, erop wijzend dat er hoop is dat onderzoekers op een dag perfecte lichtgevende koolstofstippen kunnen synthetiseren.

"We weten nu dat we een instrument hebben dat het probleem identificeert, "Zei Gruebele. "Of we het nu gebruiken om groepen koolstofstippen te zuiveren of om perfecte lichtgevende koolstofstippen te synthetiseren, is nu slechts een kwestie van waar we naartoe willen."