Para combinar dos fotones de baja energía en un fotón de alta energía de manera eficiente, la energía debe poder saltar libremente, pero no demasiado rápido, entre moléculas de un sólido orientadas aleatoriamente. Este descubrimiento de la Universidad de Kobe proporciona una guía de diseño muy necesaria para desarrollar materiales para células fotovoltaicas, pantallas o incluso terapias contra el cáncer más eficientes.
La luz de diferentes colores tiene diferentes energías y, por tanto, es útil para cosas muy diferentes. Para el desarrollo de células fotovoltaicas, pantallas OLED o terapias contra el cáncer más eficientes, es deseable poder reciclar dos fotones de baja energía en un fotón de alta energía, y muchos investigadores de todo el mundo están trabajando en materiales para esta mejora. conversión.
Durante este proceso, el material absorbe la luz y su energía se transmite entre las moléculas del material en forma del llamado "excitón triplete". Sin embargo, no estaba claro qué permite que dos excitones tripletes combinen eficientemente sus energías en un estado excitado diferente de una sola molécula que luego emite un fotón de alta energía, y esta brecha de conocimiento ha sido un serio cuello de botella en el desarrollo de tales materiales. /P>
El fotocientífico de la Universidad de Kobe, Kobori Yasuhiro, y su grupo de investigación han estado trabajando en una propiedad llamada "estados de espín electrónico" de estados excitados en movimiento e interacción. Se dieron cuenta de que su experiencia era exactamente lo que se necesitaba para resolver el problema de la conversión ascendente y la aplicaron a un material especialmente adecuado para su análisis.
Yasuhiro explica:"En los sistemas en solución, es difícil observar las propiedades magnéticas de los espines de los electrones debido a la rotación de alta velocidad de las moléculas, y en los sistemas convencionales de estado sólido, la eficiencia de la reacción es demasiado baja para los estudios de resonancia del espín de los electrones. Sin embargo, el material de estado sólido de película delgada utilizado en nuestro estudio era adecuado para observar las propiedades magnéticas de los espines de los electrones y generar suficientes concentraciones de excitones tripletes."
Sus resultados, ahora publicados en The Journal of Physical Chemistry Letters , muestran que para la transferencia de energía a una molécula emisora de luz, los estados de espín electrónico de dos excitones tripletes deben estar alineados, lo que depende de la orientación relativa de las moléculas participantes.
Sin embargo, para que eso suceda con una alta probabilidad, los excitones tripletes deben poder moverse entre moléculas de muchas orientaciones diferentes. Además, este salto no debe ser demasiado rápido, para que haya tiempo suficiente para la interconversión de diferentes estados excitados.
Yasuhiro explica:"Primero observamos directamente la evolución temporal del estado de espín de los electrones dentro de materiales de conversión ascendente en sistemas de estado sólido, luego modelamos el movimiento de espín de los electrones observado y finalmente propusimos un nuevo modelo teórico sobre cómo se relaciona el estado de espín de los electrones con el proceso de conversión ascendente."
Estos resultados finalmente proporcionan una guía sobre cómo diseñar materiales de conversión ascendente de fotones altamente eficientes que se basen en el conocimiento del mecanismo microscópico del proceso.
"Espero que este conocimiento contribuya al desarrollo de células solares de alta eficiencia para aliviar nuestros problemas energéticos, pero también se expanda a una amplia gama de campos como la terapia fotodinámica del cáncer y el diagnóstico que utiliza luz infrarroja cercana para la conversión óptica. sin dañar el cuerpo humano", dice Yasuhiro.
Más información: Kobori Yasuhiro et al, Interconversión eficiente de espín mediante dinámica de conformación molecular de un par triplete para la conversión ascendente de fotones en un sólido amorfo, The Journal of Physical Chemistry Letters (2024). DOI:10.1021/acs.jpclett.3c03602
Información de la revista: Revista de cartas de química física
Proporcionado por la Universidad de Kobe
