Hiili ja pii jakavat ja yhdistävät fotoneja

Alempienerginen vihreä laservalo kulkee piin kvanttipisteiden läpi, jotka piikvanttipisteet edelleen emittoivat eli muuntavat ne korkeamman energian siniseksi valoksi. Lorenzo Mangolini and Ming Lee Tang/UCR.

(12.12.2019) Tutkimusryhmä Texas Austinin ja Kalifornian Riverside yliopistoista ovat löytäneet tavan tuottaa pitkään hypoteesinä pidetyn ilmiön eli energiansiirto piin ja orgaanisten hiilipohjaisten molekyylien välillä.

Läpimurrolla on vaikutuksia informaation tallennukseen kvanttilaskennassa, aurinkoenergian muuntamisessa ja lääketieteellisessä kuvantamisessa.

Pii muuntaa tehokkaasti punaiset fotonit sähköksi, mutta siniset fotonit, jotka kuljettavat kaksi kertaa niin paljon energiaa kuin punaiset fotonit, pii hukkaa suurimman osan niiden energiasta lämpönä.

Uusi löytö tarjoaa tutkijoille tavan lisätä piin tehokkuutta parittamalla sen hiilipohjaisen materiaalin kanssa, joka muuttaa siniset fotonit punaisten fotonien pareiksi, joita pii voi käyttää paremmin esimerkiksi aurinkokennoissa.

Kehitetty hybridimateriaali voidaan myös virittää toimimaan taaksepäin, kuten punaisen valon muuntamiseksi siniseksi valoksi. Tällä olisi sovelluksia lääketieteellisiin hoitoihin ja kvanttilaskentaan.

”Orgaaninen molekyyli, jonka olemme parittaneet piin kanssa, on eräänlainen hiilen tuhka, nimeltään antraseeni. Se on pohjimmiltaan nokea”, sanoi UT Austinin kemian apulaisprofessori Sean Roberts.

Tutkimuspaperissa kuvataan menetelmää yhdistää kemiallisesti pii antraseenin eli luoda molekylaarinen voimalinja, joka mahdollistaa energian kuljetuksen piin ja tuhkan kaltaisen aineen välillä.

”Voimme nyt hienosäätää tämän materiaalin reagoimaan erilaisille valon aallonpituuksille. Kuvittele, että kvanttilaskentaa varten pystytään säätämään ja optimoimaan materiaalia muuttamaan yksi sininen fotoni kahdeksi punaiseksi fotoniksi tai kaksi punaista fotonia yhdeksi siniseksi. Se on täydellinen informaation tallennukseen.”

Neljän vuosikymmenen ajan tutkijat ovat olettaneet, että piin yhdistäminen sellaiseen orgaaniseen materiaalityyppiin, joka absorboi paremmin sinistä ja vihreää valoa voisi olla avain parantamaan piin kykyä muuntaa valo sähköksi.

Mutta näiden kahden materiaalin kerrostaminen ei koskaan tuottanut odotettua "spin - triplet eksitoni -siirtoa", tietyn tyyppinen energiansiirto hiilipohjaisesta materiaalista piille, joka tarvitaan tämän tavoitteen toteuttamiseksi.

Uusi menetelmä on paitsi nopea ja joustava ja tehokas, sillä se pystyy siirtämään noin 90% nanokiteen energiasta molekyyliin. Lisäksi sitä voi käyttää luomaan materiaalin, joka absorboi ja emittoi minkä tahansa valon värin.

Nykyiset fotonien ylösmuuntamisen prosessit tukeutuvat myrkyllisiin materiaaleihin. Tällä kertaa käytetään vain myrkyttömiä materiaaleja, mikä avaa oven sovelluksiin ihmislääketieteessä, biokuvantamisessa ja ympäristöystävällisissä tekniikoissa.

Aiheesta aiemmin: Dramaattista lisäystä aurinkokennoihin


Aiemmat uutiset

Timanttien avulla parempia superkonkkia (11.12.2019)
Läpimurtotutkimuksessa japanilaiset tutkijat käyttävät nanotimantteja rakentaakseen superkondensaattoreita, joita voidaan käyttää sitten laajemmin tehokkaampana..

Sähköis-optista tietotekniikkaa (10.12.2019)
Tutkijat ovat luoneet lajissaan ensimmäisen sähkö-optisen piirirakenteen, joka yhdistää optisen ja elektronisen laskennan kentät. Oxfordin yliopiston Harish Bhaskaranin..

Lämpösähköä hiilinanoputkilla (09.12.2019)
Kuvaus yhdenmukaisista metallisista hiilinanoputkista lämpösähköisessä laitteissa. Lämpötilagradientti aiheuttaa sähkövirran kulun. Tokio Metropolitan yliopiston..