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光学・フォトニクス：ランタノイドドープ絶縁体ナノ粒子の三重項による電気的ターンオン
Nature 647, 8090 doi: 10.1038/s41586-025-09601-y
絶縁体ナノ材料は、大きなエネルギーギャップを持ち、高強度放射、高温、高圧力、高電圧などの極端な条件下でのみ電気的に利用できる。ランタノイドドープ絶縁体ナノ粒子（LnNP）は、第二近赤外（NIR-II）領域において、高輝度、狭線幅、非明滅性、非退色性の発光などの並外れた発光特性を示すため、広く研究されている。しかし、こうした絶縁体ナノ材料において低バイアス下で励起状態を電気的に生成することは不可能であり、従ってこうした系からオプトエレクトロニクスデバイスを作製できなかった。今回我々は、LnNPから発光を得る、電気的励起経路について報告する。電気的に注入された電荷が有機分子上で再結合した後にLnNPへの効率的な三重項エネルギー移動（TET）が起こる、LnNP@有機分子ナノハイブリッドを形成することによって、低動作バイアス下でLnNPのターンオンが可能になった。我々は、発光ダイオード（LED）においてこの励起経路を実証し、NIR-II窓で、約5 Vという低いターンオン電圧、非常に狭いエレクトロルミネッセンス（EL）スペクトル、0.6％を超えるピーク外部量子効率（EQE）を得た。我々のLnNPに基づくLED（LnLED）はさらに、ランタノイドドーパントの種類と濃度を変化させることによって、EL特性を幅広く調整できる。これらの結果は、ハイブリッド・オプトエレクトロニクスデバイスの新しい分野を開くとともに、生物医学やオプトエレクトロニクスへの応用に向けてランタノイドナノ材料を用いた電気駆動型励起光源に新たな機会をもたらす。
