当光子与材料相互作用时，会发生相互作用，导致原子改变其量子态。由此产生的状态被恰当地称为光激发。这些光激发通常被认为在它们靠近时会相互杀死，从根本上限制了它们的密度和迁移率。这反过来又限制了依赖光激发的工具的效率，例如太阳能电池和光器件。
在6月19日发表在《自然化学》杂志上的一项研究中，西北大学和普渡大学的科学家用证据质疑了这一假设，即湮灭取决于光激发的量子相位关系。这意味着，当这种量子相位发生破坏性干涉时，有时光激发不会相互湮灭。
西北大学的Roel Tempelaar说：“量子干涉通常被认为是脆弱的。这是利用分子晶体的详细化学控制实现量子干涉的一个令人兴奋的新方向。我们的团队正在通过实验证明量子干涉对湮灭的控制来推进这一领域，本研究的一位作者之前从理论上预测了量子干涉的原理。这与目前流行的观点形成了对比指出湮灭是一个经典（非量子）过程。”
Tempelaar是西北大学温伯格文理学院的化学助理教授。他是西北大学分子量子转导中心的成员。
这项由普渡大学的Tempelaar和Libai Huang领导的研究表明，量子干涉敏感地控制着光激发的行为。通过在相同的分子中添加不同的化学侧基，该团队使苝二亚胺分子以独特的方式结晶，具有不同的基序。每个晶体内部的光激发在量子相位关系上有着明显的差异，这反过来又产生了它们湮灭率的数量级差异。
该团队进行了量子化学计算，以预测分子晶体之间湮灭率的差异，并通过光谱测量证实了这些估计。研究人员特别注意将激发迁移率的光谱贡献与湮灭过程本身的光谱贡献区分开来，激发迁移率允许光激发相互相遇。这是通过时间分辨显微镜-光谱法实现的，它允许确定迁移率，以及激光强度控制，它允许改变湮灭的可能性。
研究人员希望他们的工作可以用于制造新设备，例如具有高密度和流动性的光激发太阳能电池。这种增强型设备需要对光激发的量子相进行详细控制，这可以通过具有独特设计的堆积图案的晶体来实现。应用范围从光电子学到量子信息科学。
Tempelaar说：“这项研究将量子干涉作为主要成分，为更先进的分子材料设计铺平了道路”。