Energiflow i nanoområdet

Planter og bakterier kan fange sollysets energi med lys-høstende antenner og overføre den til et reaktionscenter. At transportere energi effektivt og målrettet på et minimum af plads er også interessant for ingeniører. Hvis de skulle mestre såvel som mikroorganismer, de kunne forbedre solceller og optoelektronik markant.

Men hvordan kan strømmen af ​​energi observeres? Tobias Brixners gruppe ved Institut for Fysisk og Teoretisk Kemi ved Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg i Bayern, Tyskland, overvejer dette problem.

I journalen Naturkommunikation , holdet præsenterer nu to nye spektroskopiske metoder, hvormed energitransport på nanoskala kan observeres. Ifølge JMU-professoren, de nye resultater giver værdifuld information til design af kunstige lys-høstende antenner.

Disse forskningssucceser blev opnået i samarbejde med arbejdsgrupperne af Christoph Lambert og Todd Marder (JMU Würzburg), Uwe Bunz og Andreas Dreuw (University of Heidelberg) samt Jasper Knoester og Maxim Pshenichnikov (University of Groningen, Holland).

Nanorør imiterer naturen

Ved at bruge de nye metoder, det er lykkedes forskerholdene at tyde energitransporten i dobbeltvæggede nanorør, der består af tusindvis af farvestofmolekyler. Disse små rør tjener som modeller for lys-høstende antenner af fotosyntetisk aktive bakterier.

Ved lav lysintensitet, de energetiske excitationer transporteres fra den ydre til den indvendige væg af rørene. Ved høj intensitet, på den anden side, excitationerne bevæger sig kun langs ydervæggen - hvis to excitationer mødes der, en af ​​dem forsvinder. "Denne effekt, som har været kendt i nogen tid, kan gøres direkte synlige med vores metode for første gang, " siger Brixner.

Målingerne blev udført ved at kombinere en teknik kaldet exciton-exciton-interaktion-to-dimensionel spektroskopi (EEI2D spektroskopi), som blev udviklet i Brixner-gruppen med et mikrofluidisk arrangement af Groningen-gruppen.

I det andet papir, forskerholdene demonstrerer også en ny tilgang til måling af energistrømme. Højdepunktet:Hastigheden af ​​dataregistreringen var meget hurtigere end den for avancerede metoder. Inden for blot otte minutter, det var muligt at måle op til 15 3D-spektre samtidigt i et enkelt eksperiment. Traditionelle metoder, på den anden side, kræver typisk flere timer for kun et enkelt spektrum.

Som grundlag for måling af sammenhængende spektre over tre frekvensdimensioner, forskerne brugte en hurtig metode til at variere den tidsmæssige sekvens af ultrakorte laserimpulser. "Udvidelsen fra 2-D til 3-D frekvensanalyse og stigningen i antallet af lys-stof-interaktioner fra de fire sædvanlige i litteraturen til seks giver nu detaljeret indsigt i dynamikken i stærkt ophidsede tilstande, " siger Brixner.