От фотосинтеза до дыхания процессы поглощения света и его преобразования в энергию представляют собой элементарные и важные реакции, которые происходят в любой биологической живой системе.Эта передача энергии известна как передача энергии резонанса Форстера (FRET), безызлучательная передача энергии, которая происходит в нанометровом масштабе от молекулы донора к молекуле акцептора. Молекула-донор представляет собой краситель или хромофор, который первоначально поглощает энергию, а акцептор — это хромофор, которому впоследствии энергия передается без каких-либо столкновений молекул.
Однако FRET — это процесс, сильно зависящий от расстояния, который обычно происходит в масштабе от 1 до 10 нм.В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Materials, исследователи демонстрируют альтернативный безызлучательный межмолекулярный перенос энергии, в котором используется промежуточная роль света, заключенного в оптическом резонаторе.
Преимущество этого нового метода, который использует образование смеси квантовых состояний света и материи, заключается в длине, на которой происходит взаимодействие, то есть фактически значительно больше, чем у обычных процессов типа FRET.Соавтор доктор Никколо Сомаши из группы гибридной фотоники Саутгемптонского университета (которую возглавляет профессор Павлос Лагудакис, соавтор статьи) говорит: «Возможность передавать энергию на расстояния, сопоставимые с длиной волны света, имеет Потенциал может представлять как фундаментальный, так и прикладной интерес. Наше глубокое понимание передачи энергии проясняет основные механизмы процесса фотосинтеза в биологических системах и, следовательно, приближает нас к воспроизведению полностью синтетических систем, имитирующих биологические функции. На фундаментальном уровне, Настоящая работа предполагает, что когерентное соединение молекул может быть непосредственно вовлечено в процесс передачи энергии, который происходит при фотосинтезе.
«С прикладной точки зрения органические полупроводники продолжают вызывать значительный интерес для применения в оптоэлектронных устройствах, например, в светоизлучающих или фотоэлектрических устройствах, производительность которых зависит от нашей способности контролировать образование и транспортировку носителей в молекулярных системах».Новое устройство состоит из оптического резонатора, образованного двумя металлическими зеркалами, которые улавливают фотоны в замкнутой среде, в которой находятся две разные органические молекулы.
Разработав расстояние между зеркалами на основе оптических свойств органических материалов, можно: создать новое квантовое состояние, которое представляет собой комбинацию захваченных фотонов и возбужденных состояний в молекулах. Фотон по существу «склеивает» эти квантово-механические состояния, образуя новую полусветовую частицу полуматерии, называемую поляритоном, которая отвечает за эффективную передачу энергии от одного материала к другому.