Para saintis pertama kali menunjukkan "kesan karnival" kuantum

Isi kandungan:

Para saintis pertama kali menunjukkan "kesan karnival" kuantum
Para saintis pertama kali menunjukkan "kesan karnival" kuantum
Anonim

Buat pertama kalinya di dunia, sekumpulan saintis antarabangsa yang diketuai oleh pakar dari Universiti Penyelidikan Nuklear Nasional MEPhI (NRNU MEPhI) dapat menunjukkan kesan elektrodinamik kuantum yang baru-baru ini diramalkan. Menurut penulis karya, hasil yang diperoleh akan memungkinkan beberapa kali untuk meningkatkan kecekapan sel suria, diod pemancar cahaya organik dan peralatan fotovoltaik lain. Artikel itu diterbitkan dalam jurnal Chemical Science.

Exciton adalah quasiparticle (objek tambahan teori kuantum), tingkah laku yang menggambarkan keadaan terikat sepasang pembawa cas berlawanan, elektron dan lubang. Konsep "exciton", seperti yang dijelaskan oleh saintis NRNU MEPhI, membolehkan seseorang menerangkan dengan ketepatan yang tinggi, misalnya, sifat elektrik semikonduktor organik ketika berinteraksi dengan cahaya.

Kelahiran atau pemusnahan exciton - iaitu, transformasi tenaga resonan dalam semikonduktor organik - disertai, menurut para saintis, oleh penyerapan atau pelepasan foton (kuantum sinaran elektromagnetik), masing-masing. Dalam artikel baru oleh pasukan penyelidik, kemungkinan untuk mengawal sifat peralihan exciton menggunakan kesan "gandingan kuat" ditunjukkan.

"Kesan" kopling kuat "terdiri dalam pembentukan keadaan tenaga hibrid antara pengujaan dalam zat, yang dijelaskan menggunakan konsep exciton, dan eksitasi elektromagnetik setempat. Untuk mewujudkan keadaan seperti itu, digunakan resonator khas, yang didasarkan pada sepasang cermin yang terletak di seberang satu sama lain pada jarak urutan panjang gelombang cahaya ", - kata Igor Nabiev, saintis terkemuka Makmal Nano-Bioengineering (LNBE) Universiti Penyelidikan Nasional Nuklear MEPhI, profesor di University of Reims di Champagne-Ardenne (Perancis).

Pemindahan tenaga tanpa kerugian

Salah satu kesan dalam semikonduktor organik, di mana istilah "exciton" digunakan, adalah pemindahan tenaga resonan Forster (FRET), yang digunakan dalam teknologi perubatan. Ia terdiri dalam pemindahan tenaga tanpa kerugian antara dua keadaan exciton dalam molekul berbeza yang terletak pada jarak yang kecil antara satu sama lain.

Dalam keadaan standard, pemindahan berlaku dalam arah tertentu, dari molekul penderma ke molekul akseptor. Untuk memanfaatkan potensi fenomena ini dengan lebih luas dalam fotovoltaik, perlu mencatat dan mengkaji apa yang disebut kesan karnival, yang terdiri dari perubahan terkawal dalam arah pemindahan tenaga dalam mod FRET antara exciton molekul yang berbeza.

Secara teorinya diramalkan kira-kira tiga tahun yang lalu oleh ahli fizik dari Amerika Syarikat. Pekerja Makmal Nano-Bioengineering NRNU "MEPhI" menjadi yang pertama di dunia yang berjaya menunjukkannya.

Peningkatan kecekapan berganda

Hasil praktikal terdekat dari karya itu, menurut penulis, adalah kemampuan untuk meningkatkan kecekapan peranti fotovoltaik secara dramatik yang mengubah tenaga cahaya menjadi tenaga elektrik. Ini dapat direalisasikan dengan mengumpulkan tenaga dari keadaan exciton yang secara tradisional ternyata menjadi saluran kehilangan tenaga, kata para saintis.

"Kemungkinan terbuka untuk mengumpulkan tenaga dari keadaan jangka panjang kerana pembentukan keadaan hibrida exciton-foton akan sangat meningkatkan kecekapan peranti elektroluminesen dan fotovoltaik," jelas Dmitry Dovzhenko, seorang penyelidik di LNBE NRNU MEPhI, seorang penyelidik di Universiti Southampton (Great Britain).

Penulis kajian menggunakan mikrokaviti yang dikembangkan sebelumnya untuk membuat gandingan yang kuat antara exciton dalam sepasang fluorofor organik dan cahaya yang dilokalisasi di rongga. Menurut para saintis NRNU MEPhI, dalam sistem ini adalah mungkin untuk mengendalikan sejumlah parameter pemindahan tenaga secara artifisial antara penderma dan akseptor, hingga perubahan arah pemindahan.

Kawalan cahaya

Sistem yang dibuat di NRNU MEPhI dapat, menurut para saintis, dapat digunakan untuk kawalan jauh reaksi kimia yang tepat, serta dalam pengembangan teknologi pencitraan yang dikendalikan secara optik dalam diagnostik perubatan dan bidang lain.

Selain meningkatkan kecekapan FRET, yang banyak digunakan dalam diagnostik bioperubatan, 'kesan karnival' dapat digunakan untuk mengendalikan proses fisikokimia lain - misalnya, untuk meningkatkan kecekapan pemindahan caj yang dikendalikan oleh resonator atau singlet luaran pembelahan exciton,”kata Igor Nabiev.

Karya ini dihadiri oleh pakar dari Institut Fizik dan Teknologi Moscow, Universiti Sechenov, Institut Kimia Bioorganik yang diberi nama V. I. ahli akademik M. M. Shemyakin dan Yu. A. Ovchinnikov, University of Southampton (UK), University of Reims di Champagne-Ardenne (Perancis), Pusat Fizik Antarabangsa Donostia (Sepanyol) dan Yayasan Sains Basque (Sepanyol). Penyelidikan ini dilakukan dengan sokongan Yayasan Sains Rusia, pemberian No. 21-79-30048.

Disyorkan: