Znanstveniki so najprej pokazali kvantni "karnevalski učinek"

Kazalo:

Znanstveniki so najprej pokazali kvantni "karnevalski učinek"
Znanstveniki so najprej pokazali kvantni "karnevalski učinek"
Anonim

Prvič na svetu je mednarodna skupina znanstvenikov pod vodstvom strokovnjakov z Nacionalne raziskovalne jedrske univerze MEPhI (NRNU MEPhI) lahko pokazala nedavno napovedani kvantni elektrodinamični učinek. Po mnenju avtorjev dela bodo pridobljeni rezultati večkrat omogočili povečanje učinkovitosti sončnih celic, organskih svetlečih diod in druge fotonapetostne opreme. Članek je bil objavljen v reviji Chemical Science.

Eksciton je kvazidelec (pomožni objekt kvantne teorije), katerega vedenje opisuje vezano stanje para nosilcev nasprotnih nabojev, elektrona in luknje. Koncept "ekscitona", kot so pojasnili znanstveniki NRNU MEPhI, omogoča, da se z visoko natančnostjo opišejo na primer električne lastnosti organskih polprevodnikov pri interakciji s svetlobo.

Rojstvo ali uničenje ekscitona - to je resonančna transformacija energije v organskem polprevodniku - po mnenju znanstvenikov spremlja absorpcija oziroma emisija fotona (kvant elektromagnetnega sevanja). V novem članku raziskovalne skupine je prikazana možnost nadzora lastnosti ekscitonskih prehodov z učinkom "močne sklopke".

"Učinek" močne sklopke "je sestavljen iz tvorbe hibridnega energetskega stanja med vzbujanjem v snovi, ki je opisano s konceptom ekscitona, in lokaliziranim elektromagnetnim vzbujanjem. Za ustvarjanje takih pogojev se uporabljajo posebni resonatorji, ki temeljijo na parih ogledal, ki se nahajajo nasproti drug drugega na razdalji vrstnega reda valovne dolžine svetlobe ", - je dejal Igor Nabiev, vodilni znanstvenik Laboratorija za nano -bioinženiring (LNBE) Nacionalne raziskovalne jedrske univerze MEPhI, profesor na Univerzi v Reimsu v Champagne-Ardenne (Francija).

Prenos energije brez izgube

Eden od učinkov pri organskih polprevodnikih, za katere se uporablja izraz "eksciton", je Forsterjev resonančni prenos energije (FRET), ki se uporablja v medicinski tehnologiji. Sestavljen je iz prenosa energije brez izgub med dvema ekcitonskima stanjema v različnih molekulah, ki se nahajajo na majhni razdalji drug od drugega.

V standardnih pogojih se prenos zgodi v določeni smeri, od donorske molekule do molekule akceptorja. Za širšo uporabo potenciala tega pojava v fotovoltaiki je bilo treba eksperimentalno zabeležiti in preučiti tako imenovani karnevalski učinek, ki je sestavljen iz nadzorovane spremembe smeri prenosa energije v načinu FRET med ekscitoni različnih molekul.

Teoretično so jo pred približno tremi leti napovedali fiziki iz ZDA. Zaposleni v Laboratoriju za nano-bioinženiring NRNU "MEPhI" so postali prvi na svetu, ki jim je to uspelo dokazati.

Večkratno povečanje učinkovitosti

Najbližji praktični rezultat dela je po mnenju avtorjev sposobnost dramatičnega povečanja učinkovitosti fotovoltaičnih naprav, ki pretvarjajo svetlobno energijo v električno. To je mogoče uresničiti z zbiranjem energije iz tistih ekscitonskih stanj, ki so se tradicionalno izkazala za kanale izgube energije, so ugotovili znanstveniki.

"Odprta možnost zbiranja energije iz dolgoživih stanj zaradi nastanka hibridnih stanj eksciton-fotona bo močno povečala učinkovitost elektroluminiscenčnih in fotonapetostnih naprav," je pojasnil raziskovalec na LNBE NRNU MEPhI Dmitrij Dovženko, raziskovalec na Univerza v Southamptonu (Velika Britanija).

Avtorji študije so s predhodno razvito mikrokavito ustvarili močno povezavo med ekscitoni v paru organskih fluoroforjev in svetlobo, lokalizirano v votlini. Po mnenju znanstvenikov NRNU MEPhI je v tem sistemu mogoče umetno nadzorovati številne parametre prenosa energije med darovalcem in akceptorjem, vse do spremembe smeri prenosa.

Nadzor svetlobe

Sistem, ustvarjen na NRNU MEPhI, se lahko po mnenju znanstvenikov uporablja za natančno daljinsko upravljanje kemičnih reakcij, pa tudi za razvoj optično nadzorovanih slikovnih tehnologij v medicinski diagnostiki in na drugih področjih.

"Poleg povečanja učinkovitosti FRET, ki se pogosto uporablja v biomedicinski diagnostiki, lahko" karnevalski učinek "uporabimo za nadzor drugih fizikalno -kemijskih procesov - na primer za močno povečanje učinkovitosti prenosa naboja, ki ga nadzira zunanji resonator ali singlet cepitev ekscitonov, «je opozoril Igor Nabiev.

Dela so se udeležili strokovnjaki z Moskovskega inštituta za fiziko in tehnologijo Univerze Sechenov, Inštituta za bioorgansko kemijo po imenu V. I. akademiki M. M. Shemyakin in Yu. A. Ovchinnikov, Univerza v Southamptonu (Združeno kraljestvo), Univerza v Reimsu v Champagne-Ardenne (Francija), Mednarodni fizikalni center Donostia (Španija) in Baskijska znanstvena fundacija (Španija). Raziskava je bila izvedena s podporo Ruske znanstvene fundacije, štipendija št. 21-79-30048.

Priporočena: