Bilim adamları önce kuantum "karnaval etkisini" gösteriyor

İçindekiler:

Bilim adamları önce kuantum "karnaval etkisini" gösteriyor
Bilim adamları önce kuantum "karnaval etkisini" gösteriyor
Anonim

Dünyada ilk kez, Ulusal Araştırma Nükleer Üniversitesi MEPhI'den (NRNU MEPhI) uzmanlar tarafından yönetilen uluslararası bir bilim adamları grubu, yakın zamanda tahmin edilen kuantum elektrodinamik etkisini gösterebildi. Çalışmanın yazarlarına göre, elde edilen sonuçlar güneş pillerinin, organik ışık yayan diyotların ve diğer fotovoltaik ekipmanların verimliliğini birkaç kez artırmaya izin verecek. Makale Chemical Science dergisinde yayınlandı.

Bir eksiton, davranışı bir çift zıt yük taşıyıcısının, bir elektronun ve bir deliğin bağlı durumunu tanımlayan bir yarı parçacıktır (kuantum teorisinin yardımcı bir nesnesi). NRNU MEPhI bilim adamlarının açıkladığı gibi "eksiton" kavramı, örneğin organik yarı iletkenlerin ışıkla etkileşime girdiğinde elektriksel özelliklerini yüksek doğrulukla tanımlamaya izin verir.

Bilim adamlarına göre, bir eksitonun doğuşuna veya yok olmasına - yani, enerjinin organik bir yarı iletkende rezonans dönüşümüne - sırasıyla bir fotonun (bir miktar elektromanyetik radyasyon) emilmesi veya yayılması eşlik eder. Araştırma ekibinin yeni bir makalesinde, "güçlü bağlantı" etkisi kullanılarak eksiton geçişlerinin özelliklerini kontrol etme olasılığı gösterilmiştir.

"Güçlü eşleşmenin" etkisi, bir eksiton kavramı kullanılarak açıklanan bir maddedeki uyarma ile yerel elektromanyetik uyarma arasında hibrit bir enerji durumunun oluşmasından oluşur. Bu tür koşulları oluşturmak için özel rezonatörler kullanılır. Ulusal Araştırma Nükleer Üniversitesi MEPhI Nano-Biyomühendislik Laboratuvarı'nın (LNBE) önde gelen bilim adamı Igor Nabiev, Profesör Champagne-Ardenne'deki (Fransa) Reims Üniversitesi'nde.

Kayıpsız enerji transferi

Organik yarı iletkenlerdeki "eksiton" teriminin kullanıldığı etkilerden biri, tıp teknolojisinde kullanılan Forster rezonant enerji transferidir (FRET). Birbirinden küçük bir mesafede bulunan farklı moleküllerdeki iki eksiton durumu arasında kayıpsız enerji transferinden oluşur.

Standart koşullar altında aktarım, verici molekülden alıcı moleküle belirli bir yönde gerçekleşir. Fotovoltaiklerde bu fenomenin potansiyelini daha geniş bir şekilde kullanmak için, farklı moleküllerin eksitonları arasında FRET modunda enerji aktarımı yönünde kontrollü bir değişiklikten oluşan karnaval etkisi denen şeyin deneysel olarak kaydedilmesi ve incelenmesi gerekiyordu.

Amerika Birleşik Devletleri'nden fizikçiler tarafından yaklaşık üç yıl önce teorik olarak tahmin edildi. NRNU "MEPhI" Nano-Biyomühendislik Laboratuvarı çalışanları, dünyada bunu göstermeyi başaran ilk kişi oldu.

Verimlilikte çoklu artış

Yazarlara göre çalışmanın en yakın pratik sonucu, ışık enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren fotovoltaik cihazların verimliliğini önemli ölçüde artırma yeteneğidir. Bilim adamları, bunun geleneksel olarak enerji kaybı kanalları olduğu ortaya çıkan bu eksiton durumlarından enerji toplayarak gerçekleştirilebileceğini belirtti.

LNBE NRNU MEPhI'de araştırmacı ve LNBE NRNU MEPhI'de araştırmacı olan Dmitry Dovzhenko, "Eksiton-fotonun hibrit durumlarının oluşumu nedeniyle uzun ömürlü durumlardan enerji toplama olasılığının açılması, elektrominesans ve fotovoltaik cihazların verimliliğini büyük ölçüde artıracak" dedi. Southampton Üniversitesi (Büyük Britanya).

Çalışmanın yazarları, bir çift organik florofordaki eksitonlar ile boşlukta lokalize ışık arasında güçlü bir bağlantı oluşturmak için önceden geliştirilmiş bir mikro boşluk kullandılar. NRNU MEPhI bilim adamlarına göre, bu sistemde, verici ve alıcı arasındaki bir dizi enerji transfer parametresini, transfer yönündeki bir değişikliğe kadar yapay olarak kontrol etmek mümkündür.

Işık kontrolü

NRNU MEPhI'de oluşturulan sistem, bilim adamlarına göre, kimyasal reaksiyonların hassas uzaktan kontrolü ve tıbbi teşhis ve diğer alanlarda optik kontrollü görüntüleme teknolojilerinin geliştirilmesi için kullanılabilir.

“Biyomedikal teşhiste yaygın olarak kullanılan FRET'in verimliliğini artırmaya ek olarak, 'karnaval etkisi' diğer fizikokimyasal süreçleri kontrol etmek için kullanılabilir - örneğin, harici bir rezonatör veya singlet tarafından kontrol edilen yük transferinin verimliliğini büyük ölçüde artırmak için. eksitonların bölünmesi, dedi Igor Nabiev.

Çalışmaya, Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü, Sechenov Üniversitesi, Biyoorganik Kimya Enstitüsü'nden V. I. akademisyenler M. M. Shemyakin ve Yu. A. Ovchinnikov, University of Southampton (İngiltere), Champagne-Ardenne'deki Reims Üniversitesi (Fransa), Donostia Uluslararası Fizik Merkezi (İspanya) ve Bask Bilim Vakfı (İspanya). Araştırma, Rusya Bilim Vakfı'nın 21-79-30048 numaralı hibe desteğiyle gerçekleştirildi.

Önerilen: