Medan spektroskopiska mätningar normalt beräknas över otaliga molekyler, en ny metod utvecklad av forskare vid Münchens tekniska universitet (TUM) ger exakt information om enskilda molekylers interaktion med sin omgivning. Detta kommer att påskynda identifieringen av effektiva molekyler för framtida solcellsteknik, till exempel.

Ett internationellt team under ledning av TUM-kemisten professor Jürgen Hauer har nu lyckats bestämma enskilda molekylers spektrala egenskaper. Forskarna förvärvade absorptions- och emissionsspektra för de undersökta molekylerna över ett brett spektralområde i en enda mätning och bestämde exakt hur molekylerna interagerar med sin miljö, fånga och frigöra energi.

I vanliga fall, dessa typer av mätningar är medelvärde över tusentals, till och med miljoner, av molekyler, offra viktig detaljinformation. "Tidigare, emissionsspektra kan rutinmässigt förvärvas, men absorptionsmätningar på enskilda molekyler var extremt dyra, " förklarar Hauer. "Vi har nu uppnått den yttersta gränsen för detekterbarhet."

Kompakt apparat, snabb mätning

Den nya metoden bygger på en kompakt, Instrument i DIN-A4-storlek som kemisterna i München utvecklade i samarbete med kollegor på Politecnico di Milano. Den genererar en dubbel laserpuls med en kontrollerad fördröjning däremellan. Den andra pulsen modulerar emissionsspektrumet på ett specifikt sätt, vilket i sin tur ger information om absorptionsspektrum. Denna information utvärderas sedan med användning av en Fourier-transformation.

"Den främsta fördelen är att vi kan, med liten ansträngning, omvandla en konventionell mätuppsättning för att förvärva emissionsspektra till en anordning för att mäta emissions- och absorptionsspektra, " säger Hauer. Själva mätningen är relativt enkel. "Klockan nio på morgonen, vi installerade apparaten i installationen vid Köpenhamns universitet, " säger Hauer. "Klockan halv elva, vi hade redan våra första användbara mätdata."

På fotosyntesens spår

Med den nya spektroskopimetoden, kemister hoppas nu kunna studera enskilda molekyler för att förstå fenomen som energiflödet i metallorganiska föreningar och fysikaliska effekter i molekyler när de kommer i kontakt med vatten och andra lösningsmedel.

Inverkan av lösningsmedel på singelmolekylnivå är fortfarande dåligt förstådd. Kemisterna vill också visa energiflödet på ett tidsupplöst sätt för att förstå varför energi flödar snabbare och mer effektivt i vissa molekyler än i andra. "Specifikt, vi är intresserade av överföring av energi i biologiska system där fotosyntes äger rum, säger Hauer.

Målet:organiska solceller

Forskarna har gett sin syn på ljusinsamlingskomplexet LH2 för framtida tillämpningar. "När vi förstår de naturliga ljusskördande komplexen, vi kan börja tänka på konstgjorda system för utbyggnad i solceller, " säger Hauer. Fynden kan ligga till grund för framtida teknologier inom solceller. Målet är utvecklingen av en ny organisk solcell.