Открит е начин да се контролира поведението на електроните в молекулите

Учени от Япония и Корея направиха важно откритие, което може да доведе до напредък в електрониката, преноса на енергия и химичните реакции: те откриха начин да контролират образуването на екситони на ниво отделни молекули. Това изследване открива нов начин за контролиране разпределението на електроните в молекулите с помощта на свръхбързи светлинни импулси в терахерцовия диапазон.

Атомите и молекулите съдържат отрицателно заредени електрони, които обикновено са разположени на определени енергийни нива или орбитали около положително заредено ядро. Разположението на електроните в молекулата е от ключово значение за разбирането на нейното поведение. То влияе на важни процеси, като например излъчването на светлина, движението на зарядите между молекулите и химичните реакции. Когато светлината попадне върху електрон и му даде достатъчно енергия, електронът се премества на по-високо енергийно ниво, оставяйки положително заредена „дупка“. Така възниква квазичастичният екситон. Този процес е от ключово значение за технологии като слънчевите клетки, където екситоните помагат да се преобразува слънчевата светлина в електричество, и светодиодите, където те освобождават енергия под формата на светлина.

Има и други състояния, в които молекулите могат да се намират, а именно заредени и възбудени състояния. Те също са важни за много процеси, но са изключително трудни за контролиране. Обикновено светлината от видимия спектър не осигурява достатъчно енергия, за да промени заряда на молекулата, и следователно не може да промени броя на електроните в нея, пише EurekAlert.

За да решат този проблем, учените от Националния университет в Йокохама използват терахерцови светлинни импулси, чиято честота е много по-ниска от тази на видимата светлина. Тези импулси принуждават електроните да се движат между молекулата и металния връх на специален микроскоп. В резултат на това изследователите успяват да премахват или добавят електрони към молекулата.

Новият метод дава възможност за бързо и прецизно манипулиране не само на екситоните, но и на други състояния, необходими за химичните реакции, преноса на енергия и др. Японските учени показаха, че невидимото за човешкото око THz лъчение може да се преобразува вътре в молекулата във видима светлина. Това открива нов начин за преобразуване на един вид светлина в друг чрез промяна на молекулната енергия.

„Въпреки че екситоните обикновено се образуват, когато дадено вещество поглъща светлината, нашите резултати показват, че те могат да бъдат създадени и чрез заредени състояния с помощта на специално генерирани терахерцови импулси“, казва професор Икуфуми Катаяма, съавтор на изследването. – „Това открива нови възможности за контролиране движението на заряда в молекулите и може да доведе до по-добри слънчеви клетки, по-компактни светлинни устройства и по-бърза електроника.