发布时间：2024-03-22 16:10:12 栏目：精选知识
为了有效地将两个低能光子组合成一个高能光子，能量必须能够在随机定向的固体分子之间自由跳跃，但不能太快。神户大学的这一发现为开发更高效的光伏电池、显示器甚至抗癌疗法的材料提供了急需的设计指南。
不同颜色的光具有不同的能量，因此可用于非常不同的事物。为了开发更高效的光伏电池、OLED 显示器或抗癌疗法，希望能够将两个低能光子升级为高能光子，世界各地的许多研究人员正在研究用于这种上转换的材料。在此过程中，光被材料吸收，其能量作为所谓的“三重态激子”在材料分子之间传递。然而，目前尚不清楚是什么使两个三重态激子能够有效地将其能量组合成单个分子的不同激发态，然后发射高能光子，而这种知识差距一直是此类材料发展的严重瓶颈。
神户大学光科学家 KOBORI Yasuhiro 和他的研究小组一直在研究一种称为“电子自旋态”的特性，即移动和相互作用的激发态。他们意识到他们的专业知识正是解决上转换问题所需要的，并将其应用到特别适合他们分析的材料上。Kobori解释说：“在溶液系统中，由于分子的高速旋转，很难观察电子自旋的磁性，而在传统的固态系统中，反应效率太低，无法进行电子自旋共振研究。然而，我们研究中使用的薄膜固态材料适合观察电子自旋的磁性并产生足够的三线态激子浓度。”
他们的研究结果现已发表在《物理化学快报》杂志上，表明为了将能量转移到一个发光分子，两个三重态激子的电子自旋态必须对齐，这取决于参与分子的相对方向。然而，为了使这种情况发生的可能性很高，三线态激子需要能够在许多不同方向的分子之间移动。另外，这种跳跃不能太快，以便有足够的时间进行不同激发态的相互转换。
神户大学研究人员列出了得出这一结论所需的步骤。“我们首先直接观察了固态系统中上转换材料内部电子自旋态的时间演化，然后对观察到的电子自旋运动进行了建模，最后提出了一个新的理论模型来解释电子自旋态与上转换材料的关系。转换过程。”
这些结果最终为如何基于过程微观机制的知识设计高效光子上转换材料提供了指导。小堀解释了为什么这让他兴奋。“我希望这些知识能够有助于高效太阳能电池的开发，以缓解我们的能源问题，同时也能扩展到更广泛的领域，例如利用近红外光进行光学上转换的光动力癌症治疗和诊断不会对人体造成伤害。”
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