Els científics mostren primer l '"efecte carnaval" quàntic

Taula de continguts:

Els científics mostren primer l '"efecte carnaval" quàntic
Els científics mostren primer l '"efecte carnaval" quàntic
Anonim

Per primera vegada al món, un grup internacional de científics dirigit per especialistes de la National Research Nuclear University MEPhI (NRNU MEPhI) va ser capaç de demostrar l’efecte electrodinàmic quàntic previst recentment. Segons els autors del treball, els resultats obtinguts permetran augmentar diverses vegades l’eficiència de les cèl·lules solars, els díodes emissors de llum orgànics i altres equips fotovoltaics. L’article es va publicar a la revista Chemical Science.

Un excitó és una quasipartícula (un objecte auxiliar de la teoria quàntica), el comportament del qual descriu l’estat lligat d’un parell de portadors de càrregues oposades, un electró i un forat. El concepte d '"excitó", tal com van explicar els científics de NRNU MEPhI, permet descriure amb alta precisió, per exemple, les propietats elèctriques dels semiconductors orgànics quan interactuen amb la llum.

Segons els científics, el naixement o la destrucció d’un excitó, és a dir, una transformació ressonant de l’energia en un semiconductor orgànic, s’acompanya de l’absorció o l’emissió d’un fotó (un quàntic de radiació electromagnètica). En un nou article de l'equip d'investigació, es demostra la possibilitat de controlar les propietats de les transicions d'excitó mitjançant l'efecte "acoblament fort".

"L'efecte d'un" acoblament fort "consisteix en la formació d'un estat d'energia híbrid entre l'excitació d'una substància, que es descriu mitjançant el concepte d'excitó, i l'excitació electromagnètica localitzada. Per crear aquestes condicions, s'utilitzen ressonadors especials, que es basen en un parell de miralls situats oposats entre si a distància de l’ordre de la longitud d’ona de la llum ", - va dir Igor Nabiev, científic líder del Laboratori de Nano-Bioenginyeria (LNBE) de la National Research Nuclear University MEPhI, professor a la Universitat de Reims a Xampanya-Ardenes (França).

Transferència d'energia sense pèrdues

Un dels efectes dels semiconductors orgànics, per al qual s'utilitza el terme "exciton", és la transferència d'energia ressonant de Forster (FRET), que s'utilitza en tecnologia mèdica. Consisteix en la transferència d’energia sense pèrdues entre dos estats d’excitó en diferents molècules situades a una petita distància l’una de l’altra.

En condicions estàndard, la transferència es produeix en una determinada direcció, des de la molècula donant fins a la molècula acceptora. Per fer un ús més ampli del potencial d’aquest fenomen a la fotovoltaica, va ser necessari registrar i estudiar experimentalment l’anomenat efecte carnaval, que consisteix en un canvi controlat en la direcció de la transferència d’energia en el mode FRET entre excitons de diferents molècules.

Teòricament va ser predit fa uns tres anys per físics dels Estats Units. Els empleats del Laboratori de Nano-Bioenginyeria de NRNU "MEPhI" es van convertir en els primers del món a aconseguir demostrar-ho.

Increment múltiple de l’eficiència

Segons els autors, el resultat pràctic més proper del treball és la capacitat d’augmentar dràsticament l’eficiència dels dispositius fotovoltaics que converteixen l’energia lluminosa en energia elèctrica. Els científics van assenyalar que això es pot aconseguir recopilant energia d’aquests estats d’excitó que tradicionalment resultaven ser canals de pèrdues d’energia.

"La possibilitat oberta de recollir energia d'estats de llarga vida a causa de la formació d'estats híbrids d'exciton-fotó augmentarà considerablement l'eficiència dels dispositius electroluminescents i fotovoltaics", va explicar Dmitry Dovzhenko, investigador de la LNBE NRNU MEPhI, investigador de la Universitat de Southampton (Gran Bretanya).

Els autors de l'estudi van utilitzar una microcavitat desenvolupada prèviament per crear un fort acoblament entre excitons en un parell de fluoròfors orgànics i llum localitzada a la cavitat. Segons els científics de NRNU MEPhI, en aquest sistema és possible controlar artificialment diversos paràmetres de transferència d’energia entre el donant i l’acceptant, fins a un canvi en la direcció de la transferència.

Control de la llum

Segons els científics, el sistema creat a NRNU MEPhI es pot utilitzar per a un control remot precís de les reaccions químiques, així com per al desenvolupament de tecnologies d’imatge controlades òpticament en diagnòstic mèdic i altres àrees.

"A més d'augmentar l'eficiència de FRET, que s'utilitza àmpliament en diagnòstics biomèdics," l'efecte carnaval "es pot utilitzar per controlar altres processos fisicoquímics, per exemple, per augmentar considerablement l'eficiència de la transferència de càrrega controlada per un ressonador extern o un singlet fissió dels excitons ", va assenyalar Igor Nabiev.

El treball va comptar amb la presència d’especialistes de l’Institut de Física i Tecnologia de Moscou, Universitat Sechenov, Institut de Química Bioorgànica que porta el nom de V. I. acadèmics M. M. Shemyakin i Yu. A. Ovchinnikov, Universitat de Southampton (Regne Unit), Universitat de Reims a Xampanya-Ardenes (França), Donostia International Physics Center (Espanya) i Basque Science Foundation (Espanya). La investigació es va dur a terme amb el suport de la Russian Science Foundation, subvenció núm. 21-79-30048.

Recomanat: