Une équipe internationale de chercheurs a réussi à contrôler le flux d'énergie dans une molécule à l'aide de sa valeur de pH. Les résultats de l'étude, dirigés par Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), pourraient contribuer au développement de nouveaux capteurs pour les diagnostics médicaux, par exemple.
Les résultats sont également intéressants pour construire des cellules solaires plus efficaces et pour une utilisation dans l'informatique quantique. Les résultats ont été publiés dans la revue Communications de la nature.
Un processus appelé Singlet Fission est au centre de l'étude. Dans les générations futures de cellules solaires, elle devrait améliorer l'utilisation de la lumière et ainsi augmenter l'efficacité. Jusqu'à présent, une grande proportion de l'énergie qui brille sur les cellules solaires est perdue et libérée sous forme de chaleur.
Cela est dû à la façon dont les cellules solaires fonctionnent et le principe est similaire à celui d'une corne de voiture. Peu importe que vous appuyiez doucement sur le centre de la corne ou que vous le frappez avec force avec votre poing – le résultat est le même, à savoir un seul son de la corne. C'est la même chose avec les cellules solaires conventionnelles. Chaque photon, quelle que soit sa richesse énergétique, excite un seul électron qui est ensuite disponible en tant que support de charge.
Cependant, certaines particules légères pourraient avoir suffisamment de puissance pour deux électrons. « C'est là que la fission singulet entre en jeu », explique le professeur Dr. Dirk Guldi, président de la chimie physique de FAU. « Ce processus garantit que l'énergie du photon est divisée, pour ainsi dire, pour permettre l'excitation de deux électrons. En collaboration avec une équipe de l'Université de l'Alberta au Canada, nous avons maintenant réussi à rendre ce processus commutable. »
Frapper le volant produit deux sons de la corne
Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé une molécule d'un groupe appelé tétracènes. Le composé est placé dans quelque chose de connu sous le nom d'état d'excitation singulet par des photons riches en énergie. Cela se divise ensuite en deux états de triplet à énergie plus basse dans un court laps de temps – donc un robinet suffisamment fort sur le volant produit désormais deux sons de la corne.
« Nous avons chimiquement modifié notre molécule de telle manière qu'il lie les protons dans un environnement acide », explique Guldi. « Cela change ses propriétés afin que la fission singulet ne puisse plus avoir lieu. »
Si aucune fission ne se produit, l'État singulet se désintégre dans un court laps de temps tout en émettant de la lumière. Cela signifie que le composé s'allume dans un environnement acide. Il reste sombre dans un environnement alcalin. « Ce mécanisme pourrait être utilisé pour un nouveau type de capteur pour les diagnostics médicaux », explique Guldi.
De plus, ce succès fournit de nouvelles informations sur la façon dont la fission des singulets dans les tétracènes fonctionne. Le chercheur espère que ces connaissances permettra au processus d'être potentiellement optimisé plus loin à l'avenir.
« Cependant, il y a beaucoup de travail à faire avant de pouvoir l'utiliser pour concevoir des cellules solaires nouvelles et beaucoup plus efficaces », dit-il. « Mais nos résultats pourraient toujours être un pas important dans la bonne direction. » Ils peuvent également ouvrir de nouvelles perspectives pour le développement d'ordinateurs quantiques qui peuvent résoudre certains problèmes incroyablement rapidement.
