Написано AZoNano 22 октября 2019 года [194590000] ]

Для фотоэлектрических и других технических применений важно чтобы энергия эффективно распределялась в небольшом объеме. В настоящее время новые методы позволили точно проследить путь энергии в диапазоне нанометров.

Путь показан растениями и бактериями. Они способны захватывать солнечную энергию с помощью собирающих свет антенн и транспортировать ее в реакционный центр. Эффективному и целевому переносу энергии в ограниченном пространстве уделяется значительное внимание. Прекрасное владение им позволит исследователям значительно оптимизировать фотоэлектрическую и оптоэлектронику.

Два новых спектроскопических метода

Но как можно контролировать поток энергии? В настоящее время команда Тобиаса Брикснера из Института физической и теоретической химии в Университете Юлиуса Максимилиана (JMU) Вюрцбург, Бавария, Германия, ведет расследование по этому вопросу.

В настоящее время команда сообщила о наблюдении двух новых спектроскопических методов, которые могут переносить энергию на наноуровне в Nature Communications . Как заявил профессор JMU, результаты нового исследования дают полезные данные для разработки искусственных антенн для сбора света.

Исследование было успешно выполнено совместно с рабочими группами Кристофа Ламберта и Тодда Мардера из JMU Würzburg, Уве Бунца и Андреаса Дроу из Гейдельбергского университета, а также Джаспера Кноестера и Максима Пшеничникова из Университета Гронингена, Нидерланды.

Нанотрубки, имитирующие природу

С помощью новых методов исследователи смогли полностью понять перенос энергии в двустенных нанотрубках, состоящих из тысяч молекул красителя. Такие маленькие трубки могут служить моделями для собирающих свет антенн фотосинтетически активных бактерий.

При низкой интенсивности света энергетические возбуждения переносятся от внешней стенки к внутренней стенке трубок. Напротив, при высокой интенсивности света возбуждения могут распространяться только вдоль внешней стены – когда два возбуждения вступают в контакт друг с другом в этой точке, одно из них исчезает.

Этот эффект, который был известен в течение некоторого времени, можно впервые сделать видимым с помощью нашего метода .

Тобиас Брикснер, Институт физической и теоретической химии, Юлиус-Максимилиан-Университет Вюрцбург

Чтобы выполнить измерения, исследователи интегрировали метод экситон-экситонного взаимодействия-двумерной спектроскопии (EEI2D спектроскопия), разработанный группой Брикснера, с микрофлюидным расположением группы Гронингена.

Сбор данных намного быстрее

В своем втором исследовании исследователи также показали новый метод определения потоков энергии. Лучшая часть этого метода заключалась в том, что скорость записи данных могла быть значительно увеличена по сравнению с современными методами. Данные 15 различных трехмерных спектров могут быть получены за восемь минут одновременно в одном эксперименте. Однако обычные методы, как правило, требуют нескольких часов для получения только одного спектра.

В качестве стандарта для записи когерентных спектров в трех частотных измерениях ученые использовали быстрый метод изменения временной последовательности ультракоротких лазерных импульсов.

Расширение от двухмерного до трехмерного частотного анализа и увеличение числа взаимодействий света с веществом с четырех обычных в литературе до шести в настоящее время обеспечивает подробное понимание динамики высоковозбужденных состояний .

Тобиас Брикснер, Институт физической и теоретической химии, Юлиус-Максимилиан-Университет Вюрцбург

финансирование

Это исследование было финансово поддержано исследовательской сетью Solar Technologies Go Hybrid из Свободного штата Бавария, Немецким исследовательским фондом (DFG) и Европейским исследовательским советом (ERC) в рамках гранта консолидатора ERC «MULTISCOPE».

Источник: https://www.uni-wuerzburg.de/en/universitaet/