Een interdisciplinaire groep onderzoekers van de universiteiten van Bayreuth en Erlangen-Neurenberg (Duitsland) rapporteert in Nature over nanovezels, die voor het eerst een gericht energietransport mogelijk maken over meerdere micrometers bij kamertemperatuur. Deze transportafstand kan alleen worden verklaard met kwantumcoherentie-effecten langs de individuele nanovezels.

Het tegen lage kosten omzetten van zonlicht in elektriciteit wordt steeds belangrijker om te voldoen aan het snel groeiende energieverbruik in de wereld. Deze taak vereist de ontwikkeling van nieuwe apparaatconcepten, waarbij vooral het transport van door licht opgewekte energie met minimale verliezen centraal staat. Een interdisciplinaire groep onderzoekers van de universiteiten van Bayreuth en Erlangen-Neurenberg (Duitsland) rapporteert in Natuur op nanovezels, die voor het eerst een gericht energietransport mogelijk maken over meerdere micrometers bij kamertemperatuur. Deze transportafstand kan alleen worden verklaard met kwantumcoherentie-effecten langs de individuele nanovezels.

De onderzoeksgroepen van Richard Hildner (Experimentele Fysica) en Hans-Werner Schmidt (Macromoleculaire Chemie) aan de Universiteit van Bayreuth maakten supramoleculaire nanovezels, die meer dan 10 kunnen omvatten, 000 identieke bouwstenen. De kern van de bouwsteen is een zogenaamd carbonyl-gebrugd triarylamine. Dit triarylaminederivaat werd gesynthetiseerd door de onderzoeksgroep van Milan Kivala (Organische Chemie) aan de Universiteit van Erlangen-Neurenberg en chemisch gemodificeerd aan de Universiteit van Bayreuth. Aan deze centrale eenheid zijn drie naftalimidbithiofeenchromoforen gekoppeld. Onder bepaalde voorwaarden, de bouwstenen assembleren spontaan en vormen nanovezels met een lengte van meer dan 4 micrometer en een diameter van slechts 0,005 micrometer. Ter vergelijking:een mensenhaar heeft een dikte van 50 tot 100 micrometer.

Met een combinatie van verschillende microscopietechnieken konden de wetenschappers van de Universiteit van Bayreuth het transport van excitatie-energie langs deze nanovezels visualiseren. Om dit energietransport over lange afstand te realiseren, de triarylaminekernen van de bouwstenen, die van aangezicht tot aangezicht perfect zijn gerangschikt, optreden in overleg. Dus, de energie kan op een golfachtige manier van de ene bouwsteen naar de andere worden overgedragen:dit fenomeen wordt kwantumcoherentie genoemd.

"Deze veelbelovende nanostructuren tonen aan dat het zorgvuldig afstemmen van materialen voor het efficiënte transport van lichtenergie een opkomend onderzoeksgebied is", zegt Dr. Richard Hildner, een expert op het gebied van light harvesting aan de Universiteit van Bayreuth. Het onderzoeksgebied light harvesting beoogt een nauwkeurige beschrijving van de transportprocessen in natuurlijke fotosynthetische machines om deze kennis te gebruiken voor het bouwen van nieuwe nanostructuren voor energieopwekking uit zonlicht. Op dit gebied werken interdisciplinaire groepen onderzoekers samen in het Beierse initiatief Solar Technologies Go Hybrid en in de Research Training Group Photophysics of synthetische en biologische multichromofore systemen (GRK 1640), gefinancierd door de German Research Foundation (DFG).