p Os sistemas fotossintéticos na natureza transportam energia de forma muito eficiente em direção a um centro de reação, onde é convertido em uma forma útil para a planta. Os cientistas têm usado isso como inspiração para aprender como transportar energia de forma eficiente em eletrônica molecular e outras tecnologias. O físico Richard Hildner da Universidade de Groningen e seus colegas investigaram o transporte de energia em um sistema artificial feito de nanofibras. Os resultados foram publicados no Jornal da American Chemical Society . p "Os sistemas fotossintéticos naturais foram otimizados por bilhões de anos de evolução. Achamos isso muito difícil de copiar em sistemas artificiais, "explica Hildner, professor associado da Universidade de Groningen. Nos complexos de colheita de luz de bactérias ou plantas, luz é convertida em energia, que é então transportado para o centro de reação com perdas mínimas.

p Pacotes

p Cinco anos atrás, Hildner e seus colegas desenvolveram um sistema no qual moléculas em forma de disco eram empilhadas em nanofibras com comprimentos superiores a 4 micrômetros e um diâmetro de apenas 0,005 micrômetros. Por comparação, o diâmetro de um cabelo humano é de 50 a 100 micrômetros. Este sistema pode transportar energia como as antenas em sistemas fotossintéticos. "Mas às vezes víamos que o transporte de energia ficava preso no meio de nossas fibras de quatro micrômetros de comprimento. Algo no sistema parecia instável, "ele lembra.

p Para melhorar a eficiência do transporte de energia, Hildner e seus colegas criaram pacotes de nanofibras. "Esta é a mesma ideia que é usada na eletrônica normal:fios de cobre muito finos são agrupados para criar um cabo mais robusto." Contudo, as nanofibras agrupadas revelaram-se piores no transporte de energia do que as fibras individuais.

p Coerência

p O motivo é um fenômeno chamado coerência. Quando a energia é colocada nas moléculas que compõem as fibras, ele cria um estado de excitação ou excitação. Contudo, este estado excitado não é um pacote de energia associado a uma única molécula. Hildner:"A energia é deslocalizada por várias moléculas e pode, Portanto, mover-se com rapidez e eficiência pela fibra. "Essa deslocalização significa que a energia se move como uma onda de uma molécula para a seguinte. Em contraste, sem coerência, a energia é limitada a uma única molécula e deve pular de uma molécula para outra. Esse salto é uma forma muito mais lenta de transportar energia.

p "Nos pacotes, a coerência está perdida, "explica Hildner. Isso é causado pela tensão que o feixe impõe a cada fibra dentro dele." As fibras são comprimidas, e isso faz com que os grupos laterais das moléculas colidam uns com os outros. "Isso muda o cenário de energia. Em uma única fibra, a energia dos estados excitados de várias moléculas vizinhas estão no mesmo nível. Em um pacote, os ambientes locais das moléculas diferem, levando a uma diferença nos níveis de energia.

p Passeio de bicicleta

p "Imagine que você está em um passeio de bicicleta. O perfil de altura do passeio representa os níveis de energia nas moléculas que compõem as fibras, "diz Hildner." Se você está pedalando na Holanda, você chegará ao seu destino rapidamente porque o terreno é plano. Em contraste, nos Alpes, você deve pedalar morro acima com bastante frequência, o que é difícil e desacelera você. "Assim, quando os níveis de energia das moléculas nas fibras são diferentes, o transporte torna-se mais difícil.

p Essa descoberta significa que a ideia original da equipe - aumentar a eficiência do transporte de energia usando feixes de nanofibras - acabou sendo um fracasso. Contudo, eles aprenderam lições valiosas com isso, que agora pode ser usado por físicos teóricos para calcular como otimizar o transporte em fibras moleculares. "Meus colegas da Universidade de Groningen estão fazendo exatamente isso. Mas já sabemos uma coisa:se você quer um bom transporte de energia em nanofibras, não use pacotes. "

p Resumo de ciência simples

p Plantas e bactérias fotossintéticas captam a luz solar por meio de antenas moleculares, que então transfere a energia para um centro de reação com perdas mínimas. Os cientistas gostariam de fazer fios moleculares que pudessem transferir energia com a mesma eficiência. Cientistas da Universidade de Groningen criaram fibras minúsculas ao empilhar certas moléculas. As fibras simples transportam energia, embora às vezes funcionem mal. A criação de feixes de fibras (como é feito com a fiação de cobre) foi considerada a solução, mas acabou não sendo o caso. A energia se move rapidamente quando espalhada por várias moléculas. Em fibras simples, isso funciona bem, mas em fibras agrupadas, essa propagação é dificultada à medida que as moléculas sofrem tensão. Esses resultados podem ser usados ​​para entender melhor o transporte de energia ao longo dos fios moleculares, o que ajudará no projeto de fios melhores.