En tvärvetenskaplig grupp forskare från universiteten i Bayreuth och Erlangen-Nürnberg (Tyskland) rapporterar i Nature om nanofibrer, som för första gången möjliggör en riktad energitransport över flera mikrometer vid rumstemperatur. Detta transportavstånd kan endast förklaras med kvantkoherenseffekter längs de enskilda nanofibrerna.

Omvandlingen av solljus till elektricitet till låg kostnad blir allt viktigare för att möta världens snabbt växande energiförbrukning. Denna uppgift kräver utveckling av nya enhetskoncept, där särskilt transport av ljusgenererad energi med minimala förluster är en nyckelaspekt. En tvärvetenskaplig grupp forskare från universiteten i Bayreuth och Erlangen-Nürnberg (Tyskland) rapporterar i Natur på nanofibrer, som för första gången möjliggör en riktad energitransport över flera mikrometer vid rumstemperatur. Detta transportavstånd kan endast förklaras med kvantkoherenseffekter längs de enskilda nanofibrerna.

Forskargrupperna för Richard Hildner (experimentell fysik) och Hans-Werner Schmidt (makromolekylär kemi) vid University of Bayreuth förberedde supramolekylära nanofibrer, som kan omfatta fler än 10, 000 identiska byggstenar. Kärnan i byggstenen är en så kallad karbonylbryggad triarylamin. Detta triarylaminderivat syntetiserades av forskargruppen Milan Kivala (organisk kemi) vid universitetet i Erlangen-Nürnberg och modifierades kemiskt vid universitetet i Bayreuth. Tre naftalimidbitiofenkromoforer är kopplade till denna centrala enhet. Under särskilda förhållanden, byggstenarna självmonterar sig spontant och bildar nanofibrer med längder över 4 mikrometer och diametrar på endast 0,005 mikrometer. Som jämförelse:ett människohår har en tjocklek på 50 till 100 mikrometer.

Med en kombination av olika mikroskopitekniker kunde forskarna vid University of Bayreuth visualisera transporten av excitationsenergi längs dessa nanofibrer. För att uppnå denna långväga energitransport, byggstenarnas triarylaminkärnor, som är perfekt arrangerade ansikte mot ansikte, agera tillsammans. Således, energin kan överföras på ett vågliknande sätt från en byggsten till nästa:Detta fenomen kallas kvantkoherens.

"Dessa mycket lovande nanostrukturer visar att noggrant skräddarsydda material för effektiv transport av ljusenergi är ett framväxande forskningsområde", säger Dr Richard Hildner, en expert inom området ljusskörd vid University of Bayreuth. Forskningsområdet ljusskörd syftar till en exakt beskrivning av transportprocesserna i naturliga fotosyntetiska maskiner för att använda denna kunskap för att bygga nya nanostrukturer för kraftgenerering från solljus. Inom detta område arbetar tvärvetenskapliga grupper av forskare tillsammans i det bayerska initiativet Solar Technologies Go Hybrid och i forskarutbildningsgruppen Fotofysik för syntetiska och biologiska multikromofora system (GRK 1640) finansierad av den tyska forskningsstiftelsen (DFG).