Het proces van de natuur voor het opslaan van zonne-energie vindt plaats in lichtabsorberende eiwitcomplexen die fotosynthetische reactiecentra (RC's) worden genoemd. Gedurende miljarden jaren van evolutie, De natuur heeft een gemeenschappelijke lichtabsorberende hexamere cofactor-kern behouden voor het uitvoeren van de allereerste chemische reactie van fotosynthese, de door licht geïnduceerde elektronenoverdracht over ongeveer 3 nm. Dit proces heeft directe analogieën met door licht aangedreven ladingsscheiding in fotovoltaïsche apparaten.

Een team van gebruikers van het Notre Dame Radiation Laboratory en de Chemical Sciences &Engineering Division van Argonne, in samenwerking met de Centre for Nanoscale Materials (CNM) Nanophotonics Group, heeft experimenten uitgevoerd die nieuw licht werpen op hoe dit proces plaatsvindt. Met behulp van polarisatie-selectieve ultrasnelle spectroscopie op RC-eenkristallen, het team was in staat om cofactor-specifieke fotochemie op te lossen en het gedelokaliseerde karakter op nanometerschaal van de eerste door licht gegenereerde aangeslagen toestanden te identificeren.

Dit werk is belangrijk omdat overlappende spectrale kenmerken van de cofactoren tot nu toe een duidelijke resolutie van de spectrale en temporele respons van de individuele cofactoren op fotonabsorptie hebben uitgesloten, en beperkte ons begrip van de complexe fotochemische functie in RC's. Met behulp van de ultrasnelle transiënte absorptiespectrometers van de CNM, individuele cofactoren in RC's werden gevolgd door zorgvuldige oriëntatie van de polarisaties van de pomp- en sondepulsen ten opzichte van de kristallografische assen van de enkele kristallen.

De impact van dit werk is dat het een duidelijker, meer gedetailleerd beeld van de eerste stappen in fotosynthetische energieomzetting, identificeert een rol voor gedelokaliseerde aangeslagen toestanden, en biedt nieuwe experimentele en data-analysebenaderingen voor het bestuderen van de ongebruikelijke efficiëntie van lichtoogst- en ladingsscheidingsprocessen in natuurlijke fotosystemen.