Elektrony pomogą nam okiełznać fotosyntezę i stworzyć doskonalsze wyświetlacze

Elektrony pomogą nam okiełznać fotosyntezę i stworzyć doskonalsze wyświetlacze

Van Voorhis i jego zespół opracowują metodę oraz program komputerowy, które pozwolą symulować to, co się dzieje gdy pojawia się punkt na ekranie komputera opartym o diody LED. W przypadku LED, dodatnie i ujemne ładunki bardzo silnie się nawzajem przyciągają wpadając w pułapkę. Niecodzienne zasady fizyki kwantowej sprawiają, iż ładunki mogą rekombinować emitując światło tylko wtedy, gdy ich spiny mają przeciwne zwroty. W konsekwencji, zwykle jedynie 25 procent uwięzionych ładunków emituje światło; pozostałe 75 procent ładunków, mając spiny o tych samych zwrotach są po prostu bezużyteczne.

Van Voorhis wraz z kolegami z MIT opracowali program komputerowy, który symuluje to jak te ładunki o identycznym spinie „zmusić” do reagowania, a w dalszej konsekwencji do świecenia. Symulacja wskazuje rosnącą emisję w przypadku gdy części ładunków uda się zmienić zwrot spinu. „Sytuację taką można by wytworzyć w LED’ach w celu poprawienia efektywności takich urządzeń jak wyświetlacze” – mówi Voorhis.

Możliwe są również potencjalne zastosowania tej techniki w urządzeniach elektronicznych, farmaceutycznych, związanych z energią, ale i nie tylko. Choć jest to wciąż pieśń przyszłości.

Kolejnym wielkim wyzwaniem podjętym przez zespół Van Voorhisa jest zrozumienie i zasymulowanie procesu fotosyntezy. W roślinach fotosyntetyzujących, światło reaguje z dwutlenkiem węgla i wodą, czego efektem jest powstanie cukru i tlenu, spalanych później przez ludzi w procesie tworzenia energii. Wiedza o tym jak sztucznie przeprowadzić proces identyczny z fotosyntezą mógłby wskazać naukowcom sposób na bardziej efektywne metody magazynowania energii słonecznej w cząsteczkach na dłuższy czas.

Kłopot w tym, że połączenia rozrywane w procesie fotosyntezy są bardzo silne. Przez ich rozerwanie i stworzenie słabszych, powstają cząsteczki o większej energii. Przechowują one energię pochodzącą ze słońca i uwalniają ją jeśli zajdzie takowa potrzeba. Problem polega na tym, że współczesne metody sztucznej fotosyntezy zużywają zbyt wiele energii na rozerwanie wiązań cząsteczkowych. Zespół Van Voorhisa pracuje nad tym, by zoptymalizować ten proces i w efekcie zwiększyć zdolność tych cząsteczek do magazynowania energii słonecznej.

Obecnie jego zespół bada jak elektrony tworzą i niszczą wiązania chemiczne.

(lk)