Диоды на основе неорганических нанокристаллов, получаемых из растворов, имеют огромный потенциал использования в экологических и биомедицинских приложениях благодаря их дешевизне, надёжности и химической стойкости. Но разработки в этой области долгое время сдерживались сложностью достижения ультрафиолетовой эмиссии. В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, учёные из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) совместно с итальянскими исследователями, представляющими Миланский университет Бикокка, описали процесс изготовления диодов, который решает эту проблему и открывает пути к интеграции диодов с различными приборами в самых разных областях.

По словам исследователей, медицина нуждается в диодах как активных диагностических платформах типа «лаборатория на чипе», а также в качестве источника света, который можно было бы имплантировать в тело для запуска определённых фотохимических реакций. Подобные устройства могли бы, например, селективно активировать светочувствительные лекарственные препараты для более направленного действия, а также тестировать присутствие флуоресцентных маркеров в конкретном участке тела в диагностических целях.

Рис. 1. Встроенные в стеклянную матрицу нанокристаллы открывают пути к созданию УФ-диодов для биомедицинского применения. (Иллюстрация Los Alamos National Laboratory).

В статье описывается основанный на стекле материал, могущий излучать свет в ультрафиолетовом спектре, а также способный к интеграции с кремниевыми чипами. Таким образом, новое устройство, будучи неорганическим, сочетает в себе химическую инертность и механическую стабильность стекла с электрической проводимостьбю и электролюминесценцией. В результате такие диодные приборы могут применяться в весьма жёстких внешних условиях вроде погружения в физиологический раствор или имплантации прямо в ткани тела.

Всё это стало возможным благодаря разработке новой синтетической стратегии, которая позволила производить LED в условиях «мокрой» химии — например, посредством серии простых химических превращений в обычном стакане. Немаловажно и то, что методика легко масштабируется до выпуска продукции в промышленном масштабе с очень низкой себестоимостью. Наконец,

способность полученных диодов излучать свет в УФ-области является следствием специально разработанных нанокристаллов, включённых в стеклянную матрицу.

В традиционных светоизлучающих светодиодах эмиссия света происходит в очень узком интерфейсе между двумя полупроводниками. В данном случае был использован отличный от привычного дизайн оксид-в-оксиде, поскольку он позволяет производить материал, который ведёт себя подобно ансамблю полупроводниковых переходов, распределённых по всему объему стекла.

Новая концепция разработки неорганических диодов основана на достоинствах наноразмерных материалов, включающих более одного компонента. Активная часть устройства состоит из нанокристаллов оксида олова, покрытых оболочкой из монооксида олова и распределённых в стеклянной матрице. Изменяя толщину оболочки, становится возможным контролировать электрическую реакцию всего материала.