Quantum dots verbeteren de spinchemie in radicaalparen

Colloïdale kwantumdots (QD’s) vormen een platform om verschillende kwantumeffecten te onderzoeken. Hun grootte-afhankelijke kleuren zijn in wezen een visualisatie met het blote oog van het kwantumopsluitingseffect.

De afgelopen jaren zijn er meer exotische kwantumeffecten waargenomen met behulp van het materiële platform van QD’s, zoals de emissie van één foton, spin-coherentie en exciton-coherentie. Het mooie van deze QD’s in vergelijking met andere solid-state kwantumplatforms is dat QD’s net als moleculen in oplossing kunnen worden verwerkt, wat functionaliteit van hun oppervlakken met organische moleculen mogelijk maakt om verschillende fotochemische processen aan te sturen.

Het gelijktijdige vermogen van colloïdale QD’s om een ​​robuuste spin-kwantumcoherentie bij kamertemperatuur in stand te houden en deel te nemen aan fotochemie inspireerde prof. Wu Kaifeng en zijn team van het Dalian Institute of Chemical Physics van de Chinese Academie van Wetenschappen om een ​​zeer interdisciplinair veld te verkennen – met behulp van kwantumtechnologie. samenhang van QD’s om fotochemische reacties te beheersen.

Dit idee staat in nauwe relatie met een fascinerend voorbeeld van de kwantumbiologie, waarin wordt aangenomen dat trekdieren het magnetische veld van de aarde gebruiken om op coherente wijze de spin-triplet-recombinatieopbrengsten van fotogegenereerde radicaalparen te moduleren en vervolgens een sensorische signaalcascade voor navigatie te activeren.

In een studie gepubliceerd in Natuur materialenrapporteerde het team van prof. Wu de hybride radicaalparen bereid uit colloïdale QD’s en hun aan het oppervlak verankerde moleculen, en demonstreerde het unieke “kwantumvoordeel” van hybride radicaalparen in de kwantumcoherente controle van tripletfotochemie.

In tegenstelling tot pure organische radicaalparen met een paar elektronen met vergelijkbare Landé g-factoren en dus een kleine Δg (0,001–0,01), is de grote Δg (0,1–1) van de hybride radicaalparen, samen met de sterke uitwisselingskoppeling mogelijk gemaakt door kwantum opsluiting van QD’s maakte directe observatie mogelijk van de spin-kwantumbeats van radicaalparen die gewoonlijk verborgen zijn in eerdere studies.

Door gebruik te maken van zulke snelle kwantumkloppingen hebben onderzoekers een sterke magnetische veldcontrole aangetoond over de dynamiek van de tripletrecombinatie, waarbij het modulatieniveau van de tripletopbrengst 400% bereikte bij 1,9 T. Bovendien was het magnetische veldeffect gemakkelijk af te stemmen via de QD-grootte en -samenstelling, die is een ongeëvenaard voordeel ten opzichte van eerdere zuivere organische radicaalparen.

“De QD-molecuul hybride radicaalparen en hun sterke, afstembare magnetische veldeffect gerapporteerd in deze studie zullen de spincontrole over moleculaire en hybride anorganische/organische opto-elektronica sterk ten goede komen door het lenen van de fundamentele principes van halfgeleiderspinfysica”, aldus prof. Wu. .

“Hybride radicaalparen kunnen een uniek materiaalplatform vormen om het veld van de opkomende moleculaire kwantumwetenschappen te laten samensmelten met solid-state kwantumplatforms om veel nieuwe kwantuminformatietechnologieën mogelijk te maken”, voegde hij eraan toe.