Piante e batteri possono catturare l'energia della luce solare con antenne di raccolta della luce e trasferirla a un centro di reazione. Trasportare energia in modo efficiente e mirato in uno spazio minimo interessa anche agli ingegneri. Se dovessero dominare oltre ai microrganismi, potrebbero migliorare significativamente il fotovoltaico e l'optoelettronica.

Ma come osservare il flusso di energia? Il gruppo di Tobias Brixner presso l'Istituto di chimica fisica e teorica della Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg in Baviera, Germania, stanno considerando questo problema.

Nel diario Comunicazioni sulla natura , il team presenta ora due nuovi metodi spettroscopici con cui è possibile osservare il trasporto di energia su scala nanometrica. Secondo il professore JMU, le nuove scoperte forniscono informazioni preziose per la progettazione di antenne artificiali per la raccolta della luce.

Questi successi di ricerca sono stati raggiunti in collaborazione con i gruppi di lavoro di Christoph Lambert e Todd Marder (JMU Würzburg), Uwe Bunz e Andreas Dreuw (Università di Heidelberg), nonché Jasper Knoester e Maxim Pshenichnikov (Università di Groningen, Olanda).

I nanotubi imitano la natura

Utilizzando i nuovi metodi, i team di ricerca sono riusciti a decifrare il trasporto di energia nei nanotubi a doppia parete costituiti da migliaia di molecole di colorante. Questi minuscoli tubi servono come modelli per le antenne di raccolta della luce dei batteri fotosinteticamente attivi.

A basse intensità di luce, le eccitazioni energetiche vengono trasportate dalla parete esterna a quella interna dei tubi. Ad alta intensità, d'altra parte, le eccitazioni si muovono solo lungo la parete esterna, se due eccitazioni si incontrano lì, uno di loro scompare. "Questo effetto, che è noto da tempo, possono essere resi direttamente visibili con il nostro metodo per la prima volta, "dice Brixner.

Le misurazioni sono state effettuate combinando una tecnica chiamata spettroscopia eccitone-eccitone-interazione-bidimensionale (spettroscopia EEI2D), che è stato sviluppato nel gruppo di Brixner con una disposizione microfluidica del gruppo di Groningen.

Nella seconda carta, i team di ricerca dimostrano anche un nuovo approccio alla misurazione dei flussi energetici. Il clou:la velocità di registrazione dei dati era molto più veloce di quella dei metodi più moderni. In soli otto minuti, è stato possibile misurare fino a 15 spettri 3-D contemporaneamente in un singolo esperimento. Metodi tradizionali, d'altra parte, in genere richiedono diverse ore per un solo spettro.

Come base per misurare spettri coerenti su tre dimensioni di frequenza, i ricercatori hanno impiegato un metodo rapido per variare la sequenza temporale degli impulsi laser ultracorti. "L'espansione dall'analisi di frequenza 2-D a 3-D e l'aumento del numero di interazioni luce-materia dalle quattro usuali in letteratura a sei ora fornisce approfondimenti dettagliati sulla dinamica degli stati altamente eccitati, "dice Brixner.