观察纳米范围内能量流的新光谱方法

仿生纳米管中的能量传输（左）和三维光谱（右）。

对于光伏和其他技术应用而言，至关重要的是如何有效地小量散布能量。利用新方法，现在可以精确地跟踪纳米范围内的能量路径。

植物和细菌带头：他们可以使用集光天线捕获太阳光的能量，并将其传输到反应中心。有效地以最小的空间有针对性地运输能源–这也是人类感兴趣的。如果科学家们能够完美地掌握它，他们将可以显着改善光伏和光电子技术。

两种新的光谱方法

但是如何观察能量的流动呢？这就是位于德国巴伐利亚州伍兹堡的朱利叶斯·马克西米利安斯大学（JMU）物理与理论化学研究所的Tobias Brixner研究小组正在开展的工作。

该团队现在在《自然通讯》杂志上介绍了两种新的光谱方法，可用于观察纳米级的能量传输。据JMU教授介绍，新发现为人造光捕获天线的设计提供了有价值的信息。

这些研究成功与克里斯托弗·兰伯特和托德·马德（JMU维尔茨堡），Uwe Bunz和安德里亚斯·德鲁夫（海德堡大学）以及贾斯珀·克诺斯特和马克西姆·普申尼尼科夫（荷兰格罗宁根大学）的工作组合作完成。

纳米管模仿自然

使用新方法，研究团队成功地破解了由成千上万个染料分子组成的双壁纳米管中的能量传输。这些细小的管子充当光合活性细菌的光收集天线的模型。

在低光强度下，高能激发从灯管的外壁传输到内壁。另一方面，在高强度下，激发仅沿着外壁移动-如果两个激发在那儿相遇，则其中一个消失。Brixner说：“这种效果已经有一段时间了，可以通过我们的方法首次使这种效果直接可见。”

可以通过将Brixner组中开发的激子-激子相互作用-二维光谱学（EEI2D光谱学）方法与Groningen组的微流体排列相结合来进行测量。

数据采集​​更快

在第二篇论文中，研究团队还演示了一种测量能量流的新方法。亮点：与现有技术相比，可以极大地提高数据记录的速度。在短短八分钟内，可以在一个实验中同时测量多达15个不同的3D光谱。另一方面，传统方法通常只需要几个小时的单个频谱。

作为测量三个频率维度上相干光谱的基础，研究人员采用了一种改变超短激光脉冲时间序列的快速方法。“从2D频率分析到3D频率分析的扩展以及光-质相互作用的数量从文献中通常的四种增加到现在的六种，现在可以提供对高激发态动力学的详细了解，” Brixner说。

参考

Stefan Mueller，JulianLüttig，PavelMalý，Lei Ji，Jie Han，Michael Moos，Todd B. Marder，Uwe HF Bunz，Andreas Dreuw，Christoph Lambert和Tobias Brixner的“快速多量子三维荧光光谱法解开了量子路径” ，2019年10月18日，自然通讯。DOI：
10.1038 / s41467-019-12602-x

BjörnKriete，JulianLüttig，Tenzin Kunsel，PavelMalý，Thomas L.C.Jansen，Jasper Knoester，Tobias Brixner和Maxim S.Pshenichnikov撰写的“人工光收集中结构层次与激子扩散之间的相互作用”，Nature Communications.DOI：
10.1038 / s41467-019-12345-9

资金

这项工作是由巴伐利亚自由州的Solar Technologies Go混合动力研究网络，德国研究基金会（DFG）和欧洲研究委员会（ERC）资助的，这是ERC合并者赠款“ MULTISCOPE”的一部分。