Les polaritons sont des quasiparticules émergeant de fortes interactions entre les particules légères (c.-à-d. Les photons) et les excitations de matière (par exemple, les excitons). Au cours des dernières années, les chercheurs ont découvert que ces quasiparticules peuvent modifier les processus chimiques et physiques fondamentaux.
Par exemple, des études suggèrent que la formation de polaritons dans les systèmes moléculaires peut modifier le transfert de charge des photointes, un processus via la lumière absorbée invite un électron d'une molécule donneuse pour se déplacer vers une molécule accepteur.
Ce processus est connu pour être au cœur du fonctionnement de diverses technologies, y compris les systèmes de récolte d'énergie et d'autres dispositifs pour la production propre de carburants ou pour synthétiser des composés chimiques spécifiques.
Dans un article récent publié dans Nanotechnologie de la naturedes chercheurs de l'Advanced Science Research Center du CUNY Graduate Center ont signalé un processus de transfert de charge dirigé par un Polariton direct, accordable et efficace expérimentalement pour la première fois.
Leur étude pourrait ouvrir de nouvelles possibilités passionnantes pour l'ingénierie de nombreux appareils axés sur la chimie, y compris les cellules solaires, les photocatalyseurs et les systèmes optoélectroniques.
Au cours de la réaction de transfert de charge, le processus que l'équipe a tenté de réaliser en utilisant des polaritons, les électrons se déplacent d'une molécule (c'est-à-dire le donneur) à un autre (c'est-à-dire l'accepteur). Bien que cette réaction chimique soutienne déjà le fonctionnement de diverses technologies existantes, elle n'implique généralement que des particules légères d'une couleur spécifique (par exemple, vert ou rouge).
« Nous montrons que lorsque les molécules et les vagues de lumière sont confinées à un petit volume (par exemple, la surface d'un miroir) et interagissent fortement les uns avec les autres, ils forment une nouvelle particule appelée polariton qui est un mélange de lumière et de matière », a déclaré Matthew Y. Sfeir, auteur principal du journal, à Issues.fr.
« Dans notre travail, nous utilisons ces polaritons pour régler le transfert de charge photochimique à travers un spectre de lumière plus large, y compris les longueurs d'onde vertes, rouges et infrarouges. Cette idée avait été largement discutée mais n'avait pas été définitivement démontrée avant notre étude. »
L'étude de ces chercheurs a spécifiquement exploité un type de polaritons connu sous le nom de polaritons d'onde de surface Bloch (BSWP), connus pour se propager le long de la surface des structures optiques en couches. Les propriétés uniques de ces quasiparticules, en particulier leur capacité à provoquer des états hybrides à longue durée de vie, se sont révélées idéales pour conduire et régler le transfert de charge moléculaire.
« L'efficacité de nombreux processus photochimiques dépend du type de lumière disponible et des détails de l'identité des différentes molécules impliquées dans la réaction », a expliqué Sfeir. « L'amélioration et l'optimisation de ces processus nécessitent généralement la synthèse de nombreux types de molécules différents avec des propriétés différentes. Nous étions intéressés à savoir si nous pouvions régler ces propriétés en utilisant la même molécule avec différents degrés de couplage aux champs lumineux. »
En utilisant une plate-forme polaritonique soigneusement modifiée, SFEIR et ses collègues ont finalement pu contrôler directement les réactions de transfert de charge. Leurs expériences leur ont également permis de délimiter les conditions dans lesquelles les polaritons peuvent participer de manière fiable dans les processus de transfert de charge, ce qui pourrait éclairer le développement futur d'autres plateformes pour conduire ces réactions à l'aide de Polaritons.
« Il s'avère qu'il est très difficile d'exploiter l'énergie des polaritons », a déclaré Sfeir. « Ils veulent libérer l'énergie très rapidement (beaucoup plus rapide qu'une molécule normale), ce qui limite l'efficacité globale. Nous jouons beaucoup d'astuces spéciales pour que cela fonctionne en gérant la façon dont nous avons confiné la lumière.
« Notre conclusion est que si la photochimie basée sur le polariton est possible, elle est très difficile! Pourtant, nous avons baissé la quantité d'énergie nécessaire pour entraîner un transfert photochimique de charge dans une molécule de colorant d'environ 33%. »
Les résultats de cette étude récente mettent en évidence le potentiel des plates-formes basées sur le polariton pour améliorer l'efficacité et l'accordabilité des réactions de transfert de charge. À l'avenir, ils pourraient contribuer au développement de nouveaux types de dispositifs photovoltaïques, spintroniques et optoélectroniques qui s'appuient sur les polaritons pour optimiser le transfert de charge moléculaire.
Écrit pour vous par notre auteur Ingrid Fadelli, édité par Lisa Lock, et vérifié et examiné par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
