Planten en bacteriën kunnen de energie van zonlicht opvangen met antennes voor het oogsten van licht en deze overbrengen naar een reactiecentrum. Efficiënt en gericht energie transporteren in een minimum aan ruimte is ook interessant voor ingenieurs. Als ze zowel micro-organismen zouden beheersen, ze zouden fotovoltaïsche en opto-elektronica aanzienlijk kunnen verbeteren.

Maar hoe kan de stroom van energie worden waargenomen? Tobias Brixner's groep aan het Instituut voor Fysische en Theoretische Chemie aan de Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg in Beieren, Duitsland, overwegen dit probleem.

In het journaal Natuurcommunicatie , het team presenteert nu twee nieuwe spectroscopische methoden waarmee energietransport op nanoschaal kan worden waargenomen. Volgens de JMU-professor, de nieuwe bevindingen bieden waardevolle informatie voor het ontwerp van antennes voor het oogsten van kunstlicht.

Deze onderzoekssuccessen zijn behaald in samenwerking met de werkgroepen van Christoph Lambert en Todd Marder (JMU Würzburg), Uwe Bunz en Andreas Dreuw (Universiteit van Heidelberg) evenals Jasper Knoester en Maxim Pshenichnikov (Universiteit Groningen, Nederland).

Nanobuisjes imiteren de natuur

Met behulp van de nieuwe methoden, de onderzoeksteams zijn erin geslaagd het energietransport te ontcijferen in dubbelwandige nanobuisjes die zijn opgebouwd uit duizenden kleurstofmoleculen. Deze kleine buisjes dienen als model voor de lichtoogstantennes van fotosynthetisch actieve bacteriën.

Bij lage lichtintensiteiten, de energetische excitaties worden van de buitenste naar de binnenste wand van de buizen getransporteerd. Bij hoge intensiteiten, anderzijds, de excitaties bewegen alleen langs de buitenmuur - als twee excitaties daar samenkomen, een van hen verdwijnt. "Dit effect, die al een tijdje bekend is, voor het eerst direct zichtbaar kunnen worden gemaakt met onze methode, ', zegt Brixner.

De metingen werden uitgevoerd door een techniek genaamd exciton-exciton-interactie-tweedimensionale spectroscopie (EEI2D-spectroscopie) te combineren. die werd ontwikkeld in de Brixner-groep met een microfluïdische regeling van de Groningse groep.

In het tweede blad de onderzoeksteams demonstreren ook een nieuwe benadering voor het meten van energiestromen. Het hoogtepunt:de snelheid van de gegevensregistratie was veel sneller dan die van de modernste methoden. Binnen slechts acht minuten, het was mogelijk om tot 15 3D-spectra tegelijkertijd te meten in een enkel experiment. Traditionele methoden, anderzijds, vereisen doorgaans enkele uren voor slechts een enkel spectrum.

Als basis voor het meten van coherente spectra over drie frequentiedimensies, de onderzoekers gebruikten een snelle methode om de temporele volgorde van ultrakorte laserpulsen te variëren. "De uitbreiding van 2D- naar 3D-frequentieanalyse en de toename van het aantal licht-materie-interacties van de vier gebruikelijke in de literatuur tot zes biedt nu gedetailleerde inzichten in de dynamiek van zeer aangeslagen toestanden, ', zegt Brixner.