En un mundo de crecientes necesidades energéticas, y un imperativo mundial para detener las emisiones de carbono, una pequeña "cuasipartícula" llamada excitón podría proporcionar la respuesta a nuestros problemas.

Los excitones se forman cuando la luz es absorbida por moléculas o cristales. Pero también pueden emitir luz, después de que se creen eléctricamente en cosas como diodos emisores de luz (LED).

Aunque apenas estamos empezando a comprender su potencial, los excitones podrían ayudarnos a aprovechar la energía solar de manera más eficiente, y reducir drásticamente el coste energético y medioambiental de la iluminación.

Por nombre y por naturaleza, realmente es emocionante.

El Centro de Excelencia en Ciencia Exciton es un nuevo centro de investigación del Consejo de Investigación Australiano dirigido por la Universidad de Melbourne. en asociación con otras universidades y organizaciones importantes de toda Australia. El equipo multidisciplinario de químicos, matemáticos, físicos, Los científicos e ingenieros informáticos se centran en manipular la forma en que se absorbe la energía luminosa, transportado y transformado en materiales moleculares avanzados. Y quieren que su trabajo se traduzca en última instancia en la vida cotidiana.

Las excitaciones no son nuevas están a nuestro alrededor todo el tiempo. La razón por la que vemos luz y color la razón por la que nuestros televisores y teléfonos se iluminan, y la razón por la que los animales como las luciérnagas pueden producir luz, es debido a los excitones. Pero lo nuevo es que ahora entendemos y podemos manipular los excitones a nivel molecular.

"Estamos interesados ​​en controlar y cosechar la energía, ", dice el profesor Paul Mulvaney, director del centro." De modo que no cosechamos la luz directamente, pero cosechamos los excitones a medida que se forman ".

El profesor Ken Ghiggino es fotoquímico y se centra en caracterizar la vida útil de los excitones.

"Las excitaciones no duran mucho, "dice el profesor Ghiggino.

"Puede ser de femtosegundos [una billonésima parte de un segundo], hasta nanosegundos [una mil millonésima de segundo], pero puede medir ese tiempo. Usamos pulsos de luz muy cortos, y 'cámaras' extremadamente rápidas para crear gráficos en escalas de tiempo de femtosegundos. "

El profesor Ghiggino dice que cada material tiene una firma de excitón única, que se caracteriza por cómo se excitan los electrones, cuánto tiempo se tarda en liberar la energía, y qué pasa después de eso.

"Y en este momento, no podemos predecir bien su comportamiento ".

Ha comenzado la carrera para encontrar nuevos materiales con la combinación perfecta de propiedades excitónicas. Investigadores como el Dr. Wallace Wong de la Escuela de Química y el Instituto Bio21 de la Universidad de Melbourne crean nuevos materiales sintéticos en el laboratorio. que está desarrollando alta eficiencia, células solares flexibles. A continuación, se envían al profesor Ghiggino para que las caracterice.

"Descubrimos qué tipo de excitones se forman, cuanto duran, y cómo se relaciona con la estructura del material, "dice el profesor Ghiggino.

"Luego le devolvemos esa información al Dr. Wong y él cambia la estructura de la molécula de acuerdo con lo que hemos encontrado, y volvemos a pasar por este ciclo hasta obtener las propiedades óptimas ".

Pero ahorrando energía y dinero, es una parte tan importante de la ecuación como la recolección de energía.

"Queremos saber cómo aprovechar mejor la luz solar, "dice el profesor Paul Mulvaney.

Cómo la energía se esconde en los colores.

"Queremos desarrollar nuevos materiales para fotovoltaica, para reducir el costo de la energía solar. Y queremos buscar nuevas formas de utilizar la energía solar, en particular células solares flexibles, por lo que tenemos más posibilidades arquitectónicas para explotar estas tecnologías, no solo el modelo de techo rígido ".

La tecnología también podría contribuir a reducir nuestras emisiones.

"También estamos analizando las posibilidades de los LED de próxima generación. Por el momento, son difíciles de fabricar a escala, durabilidad y calidad que necesitamos. Pero los LED son la forma de iluminación más eficiente que conocemos y si pudiéramos convertir todas las bombillas en Australia en LED, entonces probablemente cumpliremos nuestros objetivos de reducción de emisiones, "dice el profesor Mulvaney.

Décadas en la fabricación

Por su proyecto de honores de pregrado, El profesor Mulvaney trabajó en energías renovables. Estaba tratando de utilizar la energía solar para producir hidrógeno como combustible. Pero quedó muy claro, muy rápidamente, esa era un área que no podía perseguirse porque nuestra comprensión de los materiales no era lo suficientemente buena.

Veinte años después y el profesor Mulvaney cree que ha llegado el momento de relanzar esta área de investigación, gracias a los avances en el área de nuevos materiales, particularmente materiales a nanoescala.

"Tuvimos que esperar a que la ciencia de los materiales se pusiera al día, "dice el profesor Mulvaney.

"Ahora entendemos mucho más los materiales que forman excitones, por eso queremos volver atrás y analizar esos grandes problemas como la energía renovable y ver si todo ese conocimiento que hemos acumulado durante los últimos 20 años puede ayudarnos a lograr avances ".

Si bien el profesor Mulvaney tiene muchas ideas sobre cómo podemos explotar los excitones, espera que algunos de los miembros más jóvenes de su equipo puedan aportar ideas novedosas que lleven la ciencia en una dirección completamente nueva.

"Curiosamente, Alrededor del 50 por ciento de los premios Nobel se otorgan al trabajo que realizan los científicos antes de los 35 años. Por lo tanto, si queremos que Australia haga ciencia revolucionaria, debemos brindarles a los jóvenes los recursos necesarios para alcanzar esos grandes sueños. y tenemos que darles un poco de libertad para hacer eso, " él dice.

"Creo que una de las bellezas de este plan y una de las cosas que espero con ansias, es ver que se prueban algunas de las ideas extravagantes y, con suerte, que algunas se conviertan en algo exitoso ".