Zinātnieki vispirms parāda kvantu "karnevāla efektu"

Satura rādītājs:

Zinātnieki vispirms parāda kvantu "karnevāla efektu"
Zinātnieki vispirms parāda kvantu "karnevāla efektu"
Anonim

Pirmo reizi pasaulē starptautiska zinātnieku grupa, kuru vadīja Nacionālās pētniecības kodolenerģētikas universitātes MEPhI (NRNU MEPhI) speciālisti, spēja demonstrēt nesen prognozēto kvantu elektrodinamisko efektu. Pēc darba autoru domām, iegūtie rezultāti ļaus vairākas reizes paaugstināt saules bateriju, organisko gaismas diožu un citu fotoelektrisko iekārtu efektivitāti. Raksts tika publicēts žurnālā Chemical Science.

Eksitons ir kvazdaļiņa (kvantu teorijas palīgobjekts), kuras uzvedība raksturo pretēju lādiņu nesēja pāra, elektrona un cauruma saistīto stāvokli. Jēdziens "eksitons", kā paskaidroja NRNU MEPhI zinātnieki, ļauj ar augstu precizitāti aprakstīt, piemēram, organisko pusvadītāju elektriskās īpašības, mijiedarbojoties ar gaismu.

Eksitona piedzimšanu vai iznīcināšanu - tas ir, rezonējošu enerģijas transformāciju organiskajā pusvadītājā - pēc zinātnieku domām pavada attiecīgi fotona (elektromagnētiskā starojuma kvanta) absorbcija vai emisija. Jaunā pētnieku grupas rakstā ir parādīta iespēja kontrolēt eksitona pāreju īpašības, izmantojot "spēcīgas sakabes" efektu.

"Spēcīgas sakabes" efekts ir hibrīda enerģijas stāvokļa veidošanās starp vielas ierosmi, kas aprakstīta, izmantojot eksitona jēdzienu, un lokalizētu elektromagnētisko ierosmi. Lai radītu šādus apstākļus, tiek izmantoti īpaši rezonatori. ir balstīti uz spoguļu pāri, kas atrodas viens otram pretī gaismas viļņa garuma secībā ", - teica Igors Nabijevs, Nacionālās pētniecības kodolenerģijas universitātes MEPhI Nano -bioinženierijas laboratorijas (LNBE) vadošais zinātnieks, profesors Reimsas universitātē Šampaņā-Ardēnā (Francija).

Enerģijas pārnešana bez zaudējumiem

Viens no efektiem organiskajos pusvadītājos, kuriem tiek lietots termins "eksitons", ir Forstera rezonanses enerģijas pārnese (FRET), ko izmanto medicīnas tehnoloģijās. Tas sastāv no enerģijas nodošanas bez zaudējumiem starp diviem eksitona stāvokļiem dažādās molekulās, kas atrodas nelielā attālumā viena no otras.

Standarta apstākļos pārnešana notiek noteiktā virzienā, no donora molekulas uz akceptora molekulu. Lai plašāk izmantotu šīs parādības potenciālu fotoelektrikā, bija eksperimentāli jāreģistrē un jāizpēta tā sauktais karnevāla efekts, kas sastāv no kontrolētām izmaiņām enerģijas pārneses virzienā FRET režīmā starp dažādu molekulu eksitoniem.

To teorētiski pirms aptuveni trim gadiem paredzēja fiziķi no ASV. NRNU "MEPhI" Nano-bioinženierijas laboratorijas darbinieki kļuva par pirmajiem pasaulē, kuriem izdevās to pierādīt.

Vairākkārtējs efektivitātes pieaugums

Tuvākais praktiskais darba rezultāts, pēc autoru domām, ir spēja krasi palielināt fotoelektrisko ierīču efektivitāti, kas pārvērš gaismas enerģiju elektroenerģijā. To var realizēt, savācot enerģiju no tiem ierosmes stāvokļiem, kas tradicionāli izrādījās enerģijas zudumu kanāli, atzīmēja zinātnieki.

"Atklātā iespēja savākt enerģiju no ilgmūžīgiem stāvokļiem eksitona-fotona hibrīdu stāvokļu veidošanās dēļ ievērojami palielinās elektroluminiscences un fotoelektrisko ierīču efektivitāti," skaidroja LNBE NRNU MEPhI pētnieks Dmitrijs Dovženko. Sauthemptonas Universitāte (Lielbritānija).

Pētījuma autori izmantoja iepriekš izstrādātu mikro dobumu, lai izveidotu spēcīgu savienojumu starp eksitoniem organisko fluoroforu pārī un gaismu, kas lokalizēta dobumā. Pēc NRNU MEPhI zinātnieku domām, šajā sistēmā ir iespējams mākslīgi kontrolēt vairākus enerģijas pārneses parametrus starp donoru un akceptoru, līdz tiek veikta pārejas virziena maiņa.

Gaismas vadība

Pēc zinātnieku domām, NRNU MEPhI izveidotā sistēma var tikt izmantota precīzai ķīmisko reakciju tālvadībai, kā arī optiski kontrolētu attēlveidošanas tehnoloģiju izstrādei medicīnas diagnostikā un citās jomās.

“Papildus FRET efektivitātes paaugstināšanai, ko plaši izmanto biomedicīnas diagnostikā,“karnevāla efektu”var izmantot, lai kontrolētu citus fizikāli ķīmiskos procesus, piemēram, lai ievērojami palielinātu uzlādes pārneses efektivitāti, ko kontrolē ārējs rezonators vai singlets eksitonu skaldīšana,”atzīmēja Igors Nabijevs.

Darbā piedalījās speciālisti no Maskavas Fizikas un tehnoloģiju institūta, Sečenova universitātes Bioorganiskās ķīmijas institūta, kas nosaukts V. I. akadēmiķi M. M. Šemjakins un Yu. A. Ovčiņņikovs, Sauthemptonas Universitāte (Apvienotā Karaliste), Reimsas Universitāte Šampaņas-Ardēnas pilsētā (Francija), Donostijas Starptautiskais fizikas centrs (Spānija) un Basku zinātnes fonds (Spānija). Pētījums tika veikts ar Krievijas Zinātnes fonda atbalstu, granta Nr. 21-79-30048.

Ieteicams: