p "O que vemos aqui é a transferência de energia muito mais rápida do que em qualquer semicondutor, "diz Jakob Heier. O físico trabalha no laboratório de Polímeros Funcionais da Empa, e a descoberta que ele fez com sua equipe pode causar um rebuliço em muitas áreas, como a tecnologia de sensores, transmissão ótica de dados ou fabricação de células solares orgânicas. Estamos falando de ilhas de moléculas de corante com um perfeito, estrutura interna. Entre os especialistas, tais estruturas são chamadas de agregados J. Embora sejam conhecidos há mais de 80 anos, recentemente atraíram atenção renovada na pesquisa. Isso se deve à vida interna eletrônica especial dessas ilhas de corante. p Para entender o que Heier e seus colegas descobriram, uma curta excursão ao mundo dos corantes é útil:se um corante deve brilhar, a molécula deve primeiro ser ativada com luz. Branqueadores ópticos em detergentes, por exemplo, absorvem a luz ultravioleta e emitem luz azulada (visível) - é por isso que as roupas brancas brilham tanto na luz ultravioleta de um clube. A luz emitida tem menos energia do que a luz usada para ativar o corante, porque parte da energia é convertida em vibrações, ou seja, calor, na molécula do corante.

p Moléculas como antenas de energia

p Os agregados J estudados por Heier e Empa Ph.D. o aluno Surendra Anantharaman se comporta de maneira diferente das moléculas de corante individuais. Nessas ilhas moleculares, as moléculas de corante são bem ordenadas e muito próximas, muito parecido com os fósforos em uma caixa. Nesta constelação, a molécula do corante não "tem" que brilhar, mas 'pode' passar sua energia para uma molécula vizinha.

p Comparado aos semicondutores clássicos feitos de silício, há uma diferença crucial, embora:em um semicondutor de silício, como uma célula solar, a energia de excitação é transportada por meio de portadores de carga, por exemplo, elétrons, que 'saltam' através do material, por assim dizer. Em agregados J, por outro lado, os elétrons apenas oscilam para frente e para trás na molécula do corante e nunca a deixam. Em vez de elétrons, apenas oscilações são transmitidas - semelhante às antenas de transmissão e recepção no mundo macroscópico. Na verdade, Os agregados J podem 'transmitir' energia na menor escala - extremamente rápido e através de centenas de moléculas.

p Grandes perdas por 80 anos

p O fenômeno dos agregados J e sua transmissão de energia especial foi descoberto pela primeira vez em 1936 por Edwin E. Jelley nos Estados Unidos e Günter Scheibe na Alemanha. Mas até agora, cerca de 95 por cento da energia irradiada foi perdida e não pôde ser transmitida. "Erros de construção" no sistema eram os culpados. Na realidade, as moléculas não estavam perfeitamente alinhadas. E sempre que o pulso de energia encontrou um desses defeitos durante sua jornada através do agregado J, o transporte de energia foi interrompido. Uma vibração molecular comum encerrou a transferência, um pouco de calor foi gerado, e o jogo acabou.

p A floresta de antenas perfeita

p A equipe Empa, apoiado por pesquisadores da ETH Zurique, EPF Lausanne, PSI e IBM Research Zurich, agora conseguiu desenvolver um sistema de tingimento, em que até 60 por cento da luz que entra é reemitida. Isso também significa que até 60 por cento da energia pode ser transmitida sem perda - em comparação com os cinco por cento anteriores, isso é uma sensação. A chave para o sucesso foram ilhas de corante perfeitamente construídas, criadas em uma fina emulsão de água e hexilamina. Uma emulsão é uma mistura de gotículas líquidas em outro líquido - leite ou maionese são emulsões com as quais todos estão familiarizados.

p Os pesquisadores da Empa observaram que não apenas qualquer emulsão faria o trabalho:tinha que ser uma chamada emulsão bicontínua, o que significa que as gotas suspensas no líquido externo não devem estar distantes umas das outras, mas deve ter se combinado para formar estruturas semelhantes a listras. Só então o corante sob investigação forma os agregados J livres de defeitos desejados e pode "enviar" a energia absorvida por longas distâncias sem perda. Assim, as moléculas de corante se alinham em uma emulsão bicontínua - semelhante a fósforos em uma caixa. Só então a transmissão do sinal é bem-sucedida.

p Falhas fazem parte do jogo

p O estudo agora publicado também menciona - na boa tradição científica - as tentativas fracassadas e a história do experimento bem-sucedido. Afinal, Químicos e físicos em todo o mundo devem ser capazes de aproveitar a experiência da equipe da Empa. Por exemplo, não foi possível cristalizar o corante na forma de filmes finos sobre uma superfície sólida. Muitos defeitos nos cristais arruinaram a transferência. Soluções aquosas, em que o corante se agrega em pequenas gotículas, da mesma forma não funciona. Apenas as emulsões bicontínuas levam à transmissão do sinal - e apenas se houver moléculas de corante individuais deixadas em uma fase líquida que podem preencher os buracos e fechar as lacunas nos agregados J - em outras palavras, que pode reparar defeitos.

p Os pesquisadores certamente ainda têm um longo caminho a percorrer antes que o que eles alcançaram em uma emulsão possa se tornar tecnicamente útil. Mas a transmissão do sinal por meio de tinturas pode penetrar em muitas áreas da vida cotidiana. Por exemplo, é possível capturar luz infravermelha fraca com a ajuda desses corantes e convertê-la em sinais digitais com a ajuda de pontos quânticos - uma vantagem para a tecnologia de sensor e células solares, que supostamente fornecem eletricidade mesmo com luz muito fraca. Por causa de suas propriedades únicas, Os agregados J também se prestam a aplicações em computadores quânticos e transmissão óptica de dados.

p Finalmente, os agregados de corante condutores de sinal podem se tornar úteis em diagnósticos em tecidos vivos:luz infravermelha, ou radiação térmica, penetra profundamente no tecido humano sem danificar as células. Os agregados J podem tornar essa radiação visível e digitalizá-la. Isso poderia facilitar e melhorar muito a imagem microscópica de alta resolução de tecido vivo.