Pesquisadores japoneses desenvolvem radicais orgânicos que emitem luz circularmente polarizada no infravermelho

Uma equipe da Universidade de Kyushu, liderada pelo professor associado Ken Albrecht, desenvolveu radicais orgânicos luminescentes capazes de emitir luz circularmente polarizada no infravermelho próximo. O estudo foi publicado na revista científica Angewandte Chemie International Edition e marca um avanço importante para diversas tecnologias de ponta.

A luz circularmente polarizada possui rotação helicoidal que permite codificar mais informações do que a luz linearmente polarizada. Os pesquisadores focaram em radicais luminescentes orgânicos por seu potencial no espectro vermelho e infravermelho próximo.

O doutorando Kazuhiro Nakamura contribuiu de forma decisiva ao modificar radicais baseados em tris(2,4,6-tricloro-fenil)metil, conhecidos como TTM. A adição de unidades de carbazol resultou em três novos compostos: CzTTBrM, 2CzTTBrM e 3CzTTBrM.

Esses compostos operam por meio de transferência de carga intramolecular, deslocando a emissão para a faixa entre 650 e 800 nanômetros. Esse comprimento de onda é adequado para bioimagem, pois oferece boa penetração em tecidos biológicos e reduz a autofluorescência de fundo.

A eficiência quântica de fotoluminescência dos novos materiais alcançou níveis 30 vezes superiores aos dos radicais convencionais. A equipe registrou ainda um aumento de 100 vezes na fotostabilidade dos compostos.

Os novos radicais suportaram mais de 1.300 segundos de irradiação contínua com laser, enquanto os materiais tradicionais falhavam após apenas 19 segundos. Essa durabilidade resolve limitações históricas desses sistemas moleculares.

A estabilidade estrutural também foi aprimorada de forma notável, permitindo que a quiralidade essencial para a polarização circular fosse mantida em temperatura ambiente. Os compostos não sofrem conversão para formas inativas, o que garante desempenho consistente ao longo do tempo.

Os cientistas incorporaram os radicais em microesferas de poliestireno para testar suas propriedades ópticas. Quando iluminadas por laser, essas esferas exibiram o fenômeno de ressonância de modo de galeria sussurrante, no qual a luz circula internamente e se amplifica em comprimentos de onda específicos.

Albrecht destacou que foi a primeira vez que o efeito de galeria sussurrante foi observado em sistemas baseados em radicais luminescentes orgânicos. O fenômeno amplia as possibilidades de aplicação desses materiais em dispositivos ópticos sofisticados.

Nakamura enfatizou o potencial dos novos compostos para a ciência da informação quântica de próxima geração. Os materiais podem ser controlados por campos magnéticos e micro-ondas, tornando-os candidatos ideais para qubits e outras tecnologias quânticas emergentes.

Os radicais luminescentes orgânicos apresentam menor toxicidade e maior compatibilidade com processos de fabricação em larga escala em comparação com materiais inorgânicos tradicionais. Essa característica abre perspectivas para a integração desses compostos em dispositivos flexíveis e de baixo custo.

A equipe ajustou o número de unidades de carbazol nos diferentes compostos para equilibrar as propriedades eletrônicas e ópticas dos materiais. Os resultados indicam um caminho viável para tecnologias ópticas que operem eficientemente no infravermelho próximo.

A combinação de alta eficiência, excelente fotostabilidade e manutenção da quiralidade posiciona esses radicais como plataforma promissora para múltiplas áreas da ciência e da engenharia. Pesquisas futuras devem explorar integrações em dispositivos reais para bioimagem avançada, displays tridimensionais e aplicações quânticas, conforme detalhado pelo Phys.org.

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