"Kaksi yhteen" fissio parantaisi aurinkokennojen tehokkuutta

Singlettifissio tapahtuu, kun orgaaninen molekyyli absorboi yhden valon fotonin ja jakaa sitten valon energian kahteen osaan – kaksinkertaistava vaikutus, jolla on potentiaalia parantaa valonkeruun tehokkuutta aurinkokennoissa, jos syntyneet elektronit voidaan kerätä kunnolla.

Cornellin yliopiston johtama ryhmä käytti ultranopeaa laserspektroskopiaa tutkiakseen keskeistä välitilaa fissioprosessin aikana, nimeltään tripletti-paritila, ja havaitsi, että tietyissä molekyyleissä välituote voidaan tuottaa suoraan käyttämällä hämmästyttävän yksinkertaista tekniikkaa – itse asiassa singlettifissiota ilman singlettiä.

"Tällainen kaksi yhteen –diili on erittäin syvällinen tapa tehdä aurinkokennoista paljon parempia, mutta 60-luvulta lähtien on ajateltu, että on aina aloitettava yhdestä elektronista, joka sitten relaksoituu antaakseen kaksi." selvittää tiimin vetäjä apulaisprofessori Andrew Musser.

"Näemme kokeellisesta datasta suoran todisteen, että ei tarvitse aloittaa singletissä, vaan voi suoraan virittää nämä kaksi elektronia."

Tyypillisesti, kun fotoni absorboituu molekyyliin, yksi elektroni virittyy. Kuitenkin, kun kolmoispari-tila generoidaan suoraan, kaksi elektronia virittyy samanaikaisesti samalla tavalla. Nähdessään, mitkä molekyylit tuottivat kolmoisparin tilan ja mitkä eivät, tutkijat pystyivät poimimaan muutamia suunnittelusääntöjä, jotka mahdollistavat ilmiön esiintymisen.

He määrittelivät, että "maaginen" ainesosa on niin kutsuttu symmetrinen varausresonanssitila, joka on kvanttimekaniikan ominaisuus, jossa elektroneja vaihtavat molekyylit alkavat olla voimakkaammin vuorovaikutuksessa.

"Tämä on loistava esimerkki materiaalin fotofysikaalisista ominaisuuksista, jotka ylittävät klassisen mekaniikan ymmärryksemme, pohjimmiltaan yhden elektronin kuvan", Juno Kim toteaa. "Kun otamme huomioon tämän maagisen ainesosan kvanttimekaanisen todennäköisyyden, syntyy täysin odottamatonta uutta käyttäytymistä."

Nyt tutkijoilla on kyky suunnitella vaikutus, joka herättää välitriplettiparin suoraan perustilasta. Edut ulottuvat aurinkokennojen ulkopuolelle. Koska elektronien spin-tilat ovat lomittuneet, singlettifissiota voidaan mahdollisesti käyttää alustana kvanttitietotieteelle ja kvanttilaskentaan.

"Tässä tutkimuksessa on hienoa, että olemme löytäneet tavan molekyylisuunnittelun avulla kiertää valintasääntöjä, jotka rajoittavat fotofysiikassa materiaalin tekemisiä", Musser sanoo. ”Ja sen avulla voimme luoda näistä tutuista materiaaleista ja ilmiöistä jotain uutta, koska aina ei tarvitse noudattaa sääntöjä. Niistä tulee enemmänkin suuntaviivoja."

Aiheesta aiemmin:

Yhdestä fotonista neljä varauksenkantajaa