Группа учёных из Университета Кюсю представила новый молекулярный материал, способный преобразовывать обычный солнечный свет в более энергичное ультрафиолетовое излучение. Разработка открывает новые возможности для создания энергоэффективных технологий, использующих солнечную энергию для промышленных и медицинских задач.
В основе открытия лежит процесс, который исследователи называют фотопреобразованием. Его суть заключается в том, что энергия двух фотонов видимого света объединяется для создания одного фотона ультрафиолетового диапазона. До сих пор подобные эксперименты обычно требовали применения дорогостоящих и мощных лазерных установок, однако японским специалистам удалось добиться результата под естественным солнечным освещением.
Полученная эффективность преобразования составила 1,9%. Для массового применения это ещё не рекордный показатель, однако для твердотельных материалов и подобных квантовых процессов он считается весьма значительным достижением.
Особую роль в успехе проекта сыграл новый органический полупроводник под названием дигидроинденоинденеден (DHI). Учёные смогли подобрать такую структуру молекул, при которой они остаются достаточно близко друг к другу для передачи энергии, но не настолько, чтобы взаимно подавлять нужные процессы. Именно этот баланс долгое время оставался главным препятствием для создания подобных материалов.
Работа над проектом велась более десяти лет под руководством профессора Нобуо Кимидзуки. Решающий прорыв произошёл лишь в 2024 году, незадолго до его выхода на пенсию. После этого исследовательской группе пришлось буквально в авральном режиме завершать анализ данных и готовить научную публикацию, чтобы представить результаты до завершения многолетнего проекта.
Практическая ценность технологии связана с тем, что ультрафиолетовое излучение широко используется в современных технологиях. Оно применяется для обеззараживания воздуха и поверхностей, отверждения фотополимерных смол в 3D-печати и даже в стоматологии при установке пломб. При этом естественный солнечный свет содержит лишь небольшую долю ультрафиолета, поэтому возможность получать его из видимого спектра выглядит весьма перспективной.
Ключевым механизмом новой системы стала так называемая триплет-триплетная аннигиляция. Во время этого процесса молекулы сначала поглощают энергию видимого света, а затем передают её друг другу. Когда две возбуждённые молекулы взаимодействуют, их энергия объединяется и высвобождается в виде одного ультрафиолетового фотона.
Исследователи уже подали патентную заявку на новый материал. В перспективе такие плёнки могут использоваться в системах очистки воздуха, солнечных фотохимических установках и энергоэффективных устройствах для 3D-печати, работающих практически только за счёт солнечного света.
