Plantas e bactérias podem capturar a energia da luz solar com antenas de coleta de luz e transferi-la para um centro de reação. O transporte de energia de maneira eficiente e direcionada em um mínimo de espaço também é do interesse dos engenheiros. Se eles fossem dominar tão bem quanto os microorganismos, eles poderiam melhorar significativamente a energia fotovoltaica e a optoeletrônica.

Mas como pode o fluxo de energia ser observado? Grupo de Tobias Brixner no Instituto de Química Física e Teórica da Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg na Baviera, Alemanha, estão considerando este problema.

No jornal Nature Communications , a equipe agora apresenta dois novos métodos espectroscópicos com os quais o transporte de energia em nanoescala pode ser observado. De acordo com o professor do JMU, as novas descobertas fornecem informações valiosas para o projeto de antenas artificiais de coleta de luz.

Esses sucessos de pesquisa foram alcançados em cooperação com os grupos de trabalho de Christoph Lambert e Todd Marder (JMU Würzburg), Uwe Bunz e Andreas Dreuw (Universidade de Heidelberg), bem como Jasper Knoester e Maxim Pshenichnikov (Universidade de Groningen, Holanda).

Nanotubos imitam a natureza

Usando os novos métodos, as equipes de pesquisa conseguiram decifrar o transporte de energia em nanotubos de parede dupla compostos por milhares de moléculas de corante. Esses minúsculos tubos servem como modelos para as antenas de coleta de luz de bactérias fotossinteticamente ativas.

Em baixas intensidades de luz, as excitações energéticas são transportadas da parede externa para a interna dos tubos. Em altas intensidades, por outro lado, as excitações apenas se movem ao longo da parede externa - se duas excitações se encontram lá, um deles desaparece. "Este efeito, que é conhecido há algum tempo, pode ser tornado diretamente visível com nosso método pela primeira vez, "diz Brixner.

As medições foram realizadas combinando uma técnica chamada espectroscopia exciton-exciton-interação-bidimensional (espectroscopia EEI2D), que foi desenvolvido no grupo Brixner com um arranjo microfluídico do grupo Groningen.

No segundo artigo, as equipes de pesquisa também demonstram uma nova abordagem para medir fluxos de energia. O destaque:a velocidade de gravação dos dados foi muito mais rápida do que os métodos mais modernos. Em apenas oito minutos, foi possível medir até 15 espectros 3-D simultaneamente em um único experimento. Métodos tradicionais, por outro lado, normalmente requerem várias horas para apenas um único espectro.

Como base para medir espectros coerentes em três dimensões de frequência, os pesquisadores empregaram um método rápido de variação da sequência temporal de pulsos ultracurtos do laser. "A expansão da análise de frequência 2-D para 3-D e o aumento no número de interações luz-matéria das quatro usuais na literatura para seis agora fornecem insights detalhados sobre a dinâmica de estados altamente excitados, "diz Brixner.