p Pesquisadores do Departamento de Química da Carnegie Mellon University encontraram uma maneira de controlar o tempo de vida dos estados quânticos dos nanoclusters de ouro em três ordens de magnitude, o que poderia levar a melhorias nas tecnologias de células solares e fotocatálise. Seu estudo foi publicado na edição de 18 de abril da Ciência . p Os estados quânticos de excitação ocorrem quando a luz é absorvida por uma partícula e a energia dessa luz é temporariamente armazenada dentro da partícula, tornando sua energia mais alta do que seu estado fundamental. A energia decai rapidamente e pode ser perdida na forma de calor no intervalo de um nanossegundo, ou um bilionésimo de segundo. Estender esse estado quântico poderia fornecer aos pesquisadores mais tempo e oportunidade para aproveitar a energia armazenada.

p O professor de química da Carnegie Mellon, Rongchao Jin, é mundialmente conhecido por desenvolver nanopartículas de ouro de tamanho preciso. Nesta extensão de sua obra, pesquisador de pós-doutorado Meng Zhou e Ph.D. estudante Tatsuya Higaki, que são co-autores do artigo, estudou nanoclusters de ouro atomicamente precisos contendo entre 30 e 38 átomos. Eles alteraram as estruturas dos aglomerados reorganizando os átomos em configurações exóticas e protegendo-os com um ligante de cobertura.

p Os pesquisadores mediram os tempos de vida dos estados quânticos dos nanoclusters usando espectroscopia resolvida no tempo de femtossegundos e nanossegundos para tirar instantâneos dos nanoclusters a partir do momento em que absorveram a energia da luz, neste caso, um pulso de laser de femtossegundo, até que eles liberaram a energia. Colaboradores da Universidade da Califórnia, Riverside confirmou os resultados usando cálculos da teoria da função de densidade para analisar os orbitais moleculares dos nanoclusters.

p Eles descobriram que um nanocluster de ouro de 30 átomos, com uma estrutura hexagonal compactada (hcp), teve um tempo de vida quântico de um nanossegundo. Mas um nanocluster de ouro de 38 átomos com uma estrutura cúbica centrada no corpo (bcc) teve uma vida útil muito mais longa de 4,7 microssegundos. Estender a vida útil em três magnitudes dá aos pesquisadores tempo suficiente para extrair a energia da luz absorvida dos nanoclusters - uma descoberta que tem implicações significativas.

p "A estratégia de manipular o tempo de vida no estado excitado de muito curto a muito longo é empolgante. O tempo de vida quântico excepcionalmente longo de 4,7 microssegundos é comparável ao do silício em massa, que é usado para células solares comerciais, "disse Jin." Isso deve nos dar tempo suficiente para extrair eficientemente a energia em circuitos externos como uma corrente eletrônica sem perder muita energia para o calor. "

p O tempo de vida quântico personalizado também pode ser usado para aumentar a eficiência da fotocatálise à base de luz visível usada para converter o armazenamento de energia solar em produtos químicos, como a conversão de metanol e etanol de dióxido de carbono.