Las plantas y las bacterias pueden capturar la energía de la luz solar con antenas recolectoras de luz y transferirla a un centro de reacción. El transporte de energía de manera eficiente y selectiva en un espacio mínimo también es de interés para los ingenieros. Si tuvieran que dominar tan bien como los microorganismos, podrían mejorar significativamente la energía fotovoltaica y la optoelectrónica.

Pero, ¿cómo se puede observar el flujo de energía? El grupo de Tobias Brixner en el Instituto de Química Física y Teórica de Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Baviera, Alemania, están considerando este problema.

En el diario Comunicaciones de la naturaleza , El equipo presenta ahora dos nuevos métodos espectroscópicos con los que se puede observar el transporte de energía a nanoescala. Según el profesor de JMU, Los nuevos hallazgos proporcionan información valiosa para el diseño de antenas de captación de luz artificial.

Estos éxitos de investigación se lograron en cooperación con los grupos de trabajo de Christoph Lambert y Todd Marder (JMU Würzburg), Uwe Bunz y Andreas Dreuw (Universidad de Heidelberg), así como Jasper Knoester y Maxim Pshenichnikov (Universidad de Groningen, Países Bajos).

Los nanotubos imitan la naturaleza

Usando los nuevos métodos, los equipos de investigación han logrado descifrar el transporte de energía en nanotubos de doble pared compuestos por miles de moléculas de colorante. Estos pequeños tubos sirven como modelos para las antenas recolectoras de luz de bacterias fotosintéticamente activas.

A bajas intensidades de luz, las excitaciones energéticas se transportan desde la pared exterior a la interior de los tubos. A altas intensidades, por otra parte, las excitaciones solo se mueven a lo largo de la pared exterior, si dos excitaciones se encuentran allí, uno de ellos desaparece. "Este efecto, que se conoce desde hace algún tiempo, puede hacerse directamente visible con nuestro método por primera vez, "dice Brixner.

Las mediciones se llevaron a cabo combinando una técnica denominada espectroscopía excitón-excitón-interacción-bidimensional (espectroscopía EEI2D), que fue desarrollado en el grupo Brixner con una disposición de microfluidos del grupo Groningen.

En el segundo artículo, los equipos de investigación también demuestran un nuevo enfoque para medir los flujos de energía. Lo más destacado:la velocidad de grabación de datos fue mucho más rápida que la de los métodos de última generación. En solo ocho minutos, fue posible medir hasta 15 espectros 3D simultáneamente en un solo experimento. Métodos tradicionales, por otra parte, normalmente requieren varias horas para un solo espectro.

Como base para medir espectros coherentes en tres dimensiones de frecuencia, los investigadores emplearon un método rápido para variar la secuencia temporal de pulsos láser ultracortos. "La expansión del análisis de frecuencia 2-D al 3-D y el aumento en el número de interacciones luz-materia de las cuatro habituales en la literatura a seis ahora proporciona información detallada sobre la dinámica de los estados altamente excitados, "dice Brixner.