Em um mundo de necessidades crescentes de energia, e um imperativo global para interromper as emissões de carbono, uma minúscula "quase-partícula" chamada exciton poderia fornecer a resposta para nossos problemas.

Excitons são formados quando a luz é absorvida por moléculas ou cristais. Mas eles também podem emitir luz, depois de serem criados eletricamente em coisas como diodos emissores de luz (LEDs).

Embora estejamos apenas começando a entender seu potencial, excitons podem nos ajudar a aproveitar a energia solar de forma mais eficiente, e reduzir drasticamente o custo energético e ambiental da iluminação.

Por nome e por natureza, é realmente emocionante.

O Centro de Excelência em Exciton Science é um novo centro de pesquisa do Australian Research Council liderado pela Universidade de Melbourne, em parceria com outras universidades e organizações importantes de toda a Austrália. A equipe multidisciplinar de químicos, matemáticos, físicos, cientistas e engenheiros da computação estão focados em manipular a maneira como a energia da luz é absorvida, transportado e transformado em materiais moleculares avançados. E eles querem que seu trabalho se traduza na vida cotidiana.

Excitons não são novos, eles estão ao nosso redor o tempo todo. A razão pela qual vemos luz e cor, a razão de nossas TVs e telefones acenderem, e a razão pela qual animais como vaga-lumes podem produzir luz, é por causa de excitons. Mas a novidade é que agora entendemos e podemos manipular excitons em um nível molecular.

“Estamos interessados ​​em controlar e colher a energia, "diz o Diretor do Centro, Professor Paul Mulvaney." Portanto, não colhemos a luz diretamente, mas colhemos os excitons à medida que são formados. "

O professor Ken Ghiggino é fotoquímico e seu foco é caracterizar a vida útil dos excitons.

"Excitons não duram muito, "diz o professor Ghiggino.

"Pode ser de femtossegundos [um quatrilionésimo de segundo], até nanossegundos [um milionésimo de segundo] - mas você pode medir esse tempo. Usamos pulsos de luz muito curtos, e 'câmeras' extremamente rápidas para criar gráficos em escalas de tempo de femtossegundos. "

O professor Ghiggino diz que cada material tem uma assinatura excêntrica única, que é caracterizado por como os elétrons ficam excitados, quanto tempo leva para a energia ser liberada, e o que acontece depois disso.

"E neste momento, não podemos prever bem o comportamento deles. "

Começou a corrida para encontrar novos materiais com a combinação perfeita de propriedades do exciton. Novos materiais sintéticos são criados no laboratório por pesquisadores como o Dr. Wallace Wong da Escola de Química e o Instituto Bio21 da Universidade de Melbourne, quem está desenvolvendo alta eficiência, células solares flexíveis. Estes são então enviados ao Professor Ghiggino para serem caracterizados.

"Nós descobrimos que tipo de excitons são formados, quanto tempo eles duram, e como isso se relaciona com a estrutura do material, "diz o professor Ghiggino.

"Então, devolvemos essa informação ao Dr. Wong e ele muda a estrutura da molécula de acordo com o que descobrimos, e passamos por esse ciclo novamente até obter as propriedades ideais. "

Mas economizando energia, e dinheiro, faz parte da equação tanto quanto colher energia.

"Queremos saber como usar melhor a luz solar, "diz o professor Paul Mulvaney.

Como a energia está escondida nas cores

“Queremos desenvolver novos materiais para energia fotovoltaica, para reduzir o custo da energia solar. E queremos procurar novas maneiras de usar a energia solar, em particular células solares flexíveis, portanto, temos mais possibilidades arquitetônicas para explorar essas tecnologias, não apenas o modelo de telhado rígido. "

A tecnologia também pode contribuir para reduzir nossas emissões.

"Também estamos analisando as possibilidades de LEDs da próxima geração. No momento, eles são difíceis de fabricar em escala, durabilidade e qualidade que necessitamos. Mas os LEDs são a forma mais eficiente de iluminação que conhecemos e se pudéssemos converter todas as lâmpadas da Austrália em LEDs, então provavelmente cumpriríamos nossas metas de redução de emissões, "diz o professor Mulvaney.

Décadas em formação

Para seu projeto de graduação, O professor Mulvaney trabalhou com energias renováveis. Ele estava tentando usar a energia solar para fazer hidrogênio como combustível. Mas ficou muito claro, muito rapidamente, essa era uma área que não poderia ser perseguida porque nosso conhecimento dos materiais simplesmente não era bom o suficiente.

Vinte anos depois, e o professor Mulvaney acredita que chegou a hora de relançar esta área de pesquisa, graças aos avanços na área de novos materiais, particularmente materiais em nanoescala.

"Tivemos que esperar que a ciência dos materiais o alcançasse, "diz o professor Mulvaney.

"Agora entendemos muito mais os materiais que formam excitons, por isso, queremos voltar e olhar para esses grandes problemas, como energia renovável, e ver se todo esse conhecimento que acumulamos nos últimos 20 anos pode nos ajudar a fazer avanços. "

Embora o professor Mulvaney tenha muitas ideias sobre como podemos explorar excitons, ele espera que alguns dos membros mais jovens de sua equipe possam apresentar novas idéias que levem a ciência em uma direção totalmente nova.

"Interessantemente, cerca de 50 por cento dos prêmios Nobel são dados ao trabalho que os cientistas fazem antes de completarem 35 anos. Portanto, se quisermos que a Austrália faça ciência inovadora, temos que dar aos jovens os recursos necessários para atingir esses grandes objetivos dos sonhos, e precisamos dar a eles um pouco de liberdade para fazer isso, " ele diz.

"Eu acho que uma das belezas deste esquema e uma coisa que estou ansioso para, é ver algumas das ideias malucas sendo testadas e, com sorte, algumas se convertendo em algo bem-sucedido. "