Forskere viser først kvante "karnevalseffekt"

Indholdsfortegnelse:

Forskere viser først kvante "karnevalseffekt"
Forskere viser først kvante "karnevalseffekt"
Anonim

For første gang i verden kunne en international gruppe forskere ledet af specialister fra National Research Nuclear University MEPhI (NRNU MEPhI) demonstrere den nyligt forudsagte kvanteelektrodynamiske effekt. Ifølge forfatterne til arbejdet vil de opnåede resultater give flere gange mulighed for at øge effektiviteten af solceller, organiske lysemitterende dioder og andet fotovoltaisk udstyr. Artiklen blev offentliggjort i tidsskriftet Chemical Science.

En exciton er en kvasipartikel (et hjælpemål for kvanteteorien), hvis adfærd beskriver den bundne tilstand af et par bærere af modsatte ladninger, en elektron og et hul. Begrebet "exciton", som forskerne fra NRNU MEPhI forklarede, gør det muligt at beskrive med høj nøjagtighed f.eks. De elektriske egenskaber ved organiske halvledere, når de interagerer med lys.

Fødsel eller ødelæggelse af en exciton - det vil sige en resonant transformation af energi i en organisk halvleder - ledsages ifølge forskere af henholdsvis absorption eller emission af en foton (en kvante af elektromagnetisk stråling). I en ny artikel af forskerholdet demonstreres muligheden for at kontrollere egenskaberne ved excitonovergange ved hjælp af "stærk kobling" -effekten.

"Virkningen af" stærk kobling "består i dannelsen af en hybrid energitilstand mellem excitation i et stof, som er beskrevet ved hjælp af begrebet exciton, og lokaliseret elektromagnetisk excitation. For at skabe sådanne forhold anvendes specielle resonatorer, som er baseret på et par spejle placeret overfor hinanden på afstand af rækkefølgen af lysets bølgelængde ", - sagde Igor Nabiev, en førende forsker ved Laboratory of Nano -Bioengineering (LNBE) ved National Research Nuclear University MEPhI, professor ved universitetet i Reims i Champagne-Ardenne (Frankrig).

Overførsel uden tab

En af virkningerne i organiske halvledere, som udtrykket "exciton" bruges til, er Forster resonant energioverførsel (FRET), som bruges inden for medicinsk teknologi. Den består i overførsel af energi uden tab mellem to exciton -tilstande i forskellige molekyler placeret i en lille afstand fra hinanden.

Under standardbetingelser sker overførslen i en bestemt retning, fra donormolekylet til acceptormolekylet. For at udnytte potentialet i dette fænomen i fotovoltaik i bredere forstand var det nødvendigt eksperimentelt at registrere og studere den såkaldte karnevaleffekt, som består i en kontrolleret ændring i energioverføringsretningen i FRET-tilstanden mellem excitoner af forskellige molekyler.

Det blev teoretisk forudsagt for omkring tre år siden af fysikere fra USA. Medarbejdere på Laboratory of Nano-Bioengineering hos NRNU "MEPhI" blev de første i verden, der formåede at demonstrere det.

Flere effektivitetsforøgelser

Det nærmeste praktiske resultat af arbejdet, ifølge forfatterne, er evnen til dramatisk at øge effektiviteten af fotovoltaiske enheder, der konverterer lysenergi til elektrisk energi. Dette kan realiseres ved at indsamle energi fra de exciton -tilstande, der traditionelt viste sig at være kanaler for energitab, bemærkede forskerne.

"Den åbne mulighed for at indsamle energi fra langlivede stater på grund af dannelsen af hybridtilstande af exciton-foton vil i høj grad øge effektiviteten af elektroluminescerende og solcelleanordninger," forklarede Dmitry Dovzhenko, forsker ved LNBE NRNU MEPhI, en forsker ved University of Southampton (Storbritannien).

Forfatterne af undersøgelsen brugte en tidligere udviklet mikrokavitet til at skabe en stærk kobling mellem excitoner i et par organiske fluoroforer og lys lokaliseret i hulrummet. Ifølge forskerne fra NRNU MEPhI er det i dette system muligt at kunstigt styre en række parametre for energioverførsel mellem donor og acceptor op til en ændring i overførselsretningen.

Lysstyring

Systemet oprettet på NRNU MEPhI kan ifølge forskere bruges til præcis fjernbetjening af kemiske reaktioner samt til udvikling af optisk styrede billeddannelsesteknologier inden for medicinsk diagnostik og andre områder.

”Ud over at øge effektiviteten af FRET, som er meget udbredt inden for biomedicinsk diagnostik, kan’ karnevalseffekten’bruges til at styre andre fysisk -kemiske processer - for eksempel for i høj grad at øge effektiviteten af ladningsoverførsel styret af en ekstern resonator eller singlet fission af excitoner,”bemærkede Igor Nabiev.

Arbejdet blev overværet af specialister fra Moskva Institute of Physics and Technology, Sechenov University, Institute of Bioorganic Chemistry opkaldt efter V. I. akademikere M. M. Shemyakin og Yu. A. Ovchinnikov, University of Southampton (UK), University of Reims i Champagne-Ardenne (Frankrig), Donostia International Physics Center (Spanien) og Basque Science Foundation (Spanien). Forskningen blev udført med støtte fra Russian Science Foundation, tilskud nr. 21-79-30048.

Anbefalede: