Naśladujemy fotosyntezę

Naśladujemy fotosyntezę

Mimetyka biologicznego procesu fotosyntezy jest celem do którego dąży się na wielu frontach. Jego osiągnięcie jest obietnicą poprawy wykorzystania światła jako źródła energii. Jednym z pierwszych kroków na drodze do realizacji marzenia wielu naukowców jest udane naśladownictwo mechanizmów, które za nią stoją.

Badacze eksperymentowali niedawno z biologicznymi i fotonicznymi kombinacjami kwantowych stanów mechanicznych, tworząc przy tej okazji nową cząstkę o charakterze korpuskularnym, nazwaną polaritionem. Może ona pomóc w realizacji systemów w pełni syntetycznych, naśladujących biologiczne układy transportu energii podczas fotosyntezy.

Badając mechanizmy transferu energii w fotosyntezie, naukowcy z Uniwersytetu w Southampton, we współpracy z uniwersytetami z Sheffield i Krety, ustalili, że głównym mankamentem próby replikacji procesu są nieskończenie małe odległości, na których opiera swoją zasadę działania.

W istocie, transport energii w fotosyntezie opiera się o cząsteczki donorowe, które początkowo pochłaniają energię światła słonecznego i przekazują ją cząsteczkom akceptorowym („chromoforowym") bez wydzielenia jakiegokolwiek promieniowania. Jednak funkcja ta realizowana jest na odległościach międzycząsteczkowych rzędu 1-10 nanometrów, co przy obecnym stanie techniki uniemożliwia stworzenie systemu naśladującego fotosyntezę.

Usiłując pokonać przeciwności, badacze zaprojektowali alternatywny układ międzycząsteczkowego transferu energii, który wykorzystuje światło oddziałujące z dwoma różnymi cząsteczkami organicznymi w tunelu optycznym. Urządzenie składa się z takiej właśnie szczeliny, umiejscowionej pomiędzy dwoma metalowymi zwierciadłami, które więżą fotony w szczelinie, w której znajdują się cząstki organiczne. Poprzez dostosowanie odstępów między lustrami, i następnemu bombardowaniu wnęki fotonami o wysokiej energii, powstaje nowy stan kwantowy, który jest połączeniem uwięzionych fotonów i stanów wzbudzonych cząsteczek.

W efekcie powstaje polariton, który odpowiedzialny jest za efektywny transfer energii z jednego materiału do drugiego na odległość, która jest znacznie większa niż te obserwowane w zwykłych procesach zachodzących podczas fotosyntezy.

Jako milowy krok w replikacji procesu transferu energii w fotosyntezie, praca ta poszerza naszą wiedzę na temat ogólnych zasad biologicznego przetwarzania energii światła, a także pokazuje nowe możliwości w optymalizacji różnych istniejących już systemów. Szczegóły badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Materials.

(rr)