Per combinare in modo efficiente due fotoni a bassa energia in un fotone ad alta energia, l’energia deve essere in grado di saltare liberamente, ma non troppo rapidamente, tra le molecole di un solido orientate in modo casuale. Questa scoperta dell'Università di Kobe fornisce una linea guida di progettazione tanto necessaria per lo sviluppo di materiali per celle fotovoltaiche, display o persino terapie antitumorali più efficienti.
La luce di colori diversi ha energie diverse ed è quindi utile per cose molto diverse. Per lo sviluppo di celle fotovoltaiche, display OLED o terapie antitumorali più efficienti, è auspicabile essere in grado di riciclare due fotoni a bassa energia in un fotone ad alta energia, e molti ricercatori in tutto il mondo stanno lavorando su materiali per questo potenziamento. conversione.
Durante questo processo, la luce viene assorbita dal materiale e la sua energia viene distribuita tra le molecole del materiale come un cosiddetto "eccitone tripletto". Tuttavia, non era chiaro cosa consenta a due eccitoni tripletti di combinare in modo efficiente le loro energie in un diverso stato eccitato di una singola molecola che quindi emette un fotone ad alta energia, e questa lacuna di conoscenze ha rappresentato un serio collo di bottiglia nello sviluppo di tali materiali. /P>
Il fotoscienziato dell'Università di Kobe Kobori Yasuhiro e il suo gruppo di ricerca hanno lavorato su una proprietà chiamata "stati di spin dell'elettrone" degli stati eccitati in movimento e interazione. Si sono resi conto che la loro esperienza era esattamente ciò che era necessario per risolvere il problema della conversione e l'hanno applicata a un materiale particolarmente adatto alla loro analisi.
Yasuhiro spiega:"Nei sistemi in soluzione, è difficile osservare le proprietà magnetiche degli spin degli elettroni a causa della rotazione ad alta velocità delle molecole, e nei sistemi convenzionali allo stato solido, l'efficienza della reazione è troppo bassa per studi sulla risonanza degli spin elettronici". . Il materiale a stato solido a film sottile utilizzato nel nostro studio, tuttavia, era adatto per osservare le proprietà magnetiche degli spin degli elettroni e generare concentrazioni di eccitoni triplette sufficienti."
I loro risultati, ora pubblicati su The Journal of Physical Chemistry Letters , mostrano che per il trasferimento di energie a una molecola che emette luce, gli stati di spin degli elettroni di due eccitoni tripletti devono essere allineati, il che dipende dall'orientamento relativo delle molecole partecipanti.
Affinché ciò accada con un’alta probabilità, però, gli eccitoni tripletti devono essere in grado di muoversi tra molecole con molti orientamenti diversi. Inoltre, questo salto non deve essere troppo rapido, in modo che ci sia tempo sufficiente per l'interconversione dei diversi stati eccitati.
Yasuhiro spiega:"Abbiamo prima osservato direttamente l'evoluzione temporale dello stato di spin dell'elettrone all'interno dei materiali di conversione in sistemi a stato solido, poi abbiamo modellato il movimento di spin dell'elettrone osservato e infine proposto un nuovo modello teorico su come lo stato di spin dell'elettrone si collega a il processo di conversione."
Questi risultati forniscono infine una linea guida su come progettare materiali di conversione dei fotoni altamente efficienti basati sulla conoscenza del meccanismo microscopico del processo.
"Mi aspetto che queste conoscenze contribuiscano allo sviluppo di celle solari ad alta efficienza per alleviare i nostri problemi energetici, ma anche ad espandersi in una vasta gamma di campi come la terapia fotodinamica del cancro e la diagnostica che utilizza la luce del vicino infrarosso per la conversione ottica senza danneggiare il corpo umano," dice Yasuhiro.
Ulteriori informazioni: Kobori Yasuhiro et al, Efficient Spin Interconversion by Molecular Conformation Dynamics of a Triplet Pair for Photon Up-Conversion in an Amorphous Solid, The Journal of Physical Chemistry Letters (2024). DOI:10.1021/acs.jpclett.3c03602
Informazioni sul giornale: Giornale di lettere di chimica fisica
Fornito dall'Università di Kobe
