连贯和不连贯的欧洲经济区进程。来源： 自然化学 （2023）。DOI： 10.1038/s41557-023-01233-x
当光子与材料相互作用时，会发生相互作用，导致其原子改变其量子态（在原子水平上描述自然界的物理性质）。由此产生的状态恰如其分地称为光激发。通常认为这些光激发在彼此靠近时会相互杀死，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（如太阳能电池和发光器件）的效率。
但在19月<>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湮灭取决于光激发的量子相位关系的证据挑战了这一假设。这意味着有时当这种量子相进行破坏性干涉时，光激发不会相互湮灭。
“量子干涉通常被认为是脆弱的，”西北大学的Roel Tempelaar说。
“这是一个令人兴奋的新方向，用于使用分子晶体的详细化学控制实现的量子干涉。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该领域，其原理先前由本研究的一位作者在理论上预测。这与目前流行的观点形成鲜明对比，即湮灭是一个'经典'（非量子）过程。
滕佩拉尔是温伯格艺术与科学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。通过将不同的化学侧基添加到相同的分子中，该团队使苝二亚胺分子 - 一种工业染料 - 以具有不同基序的独特方式结晶。每个晶体内部的光激发在量子相位关系上存在明显差异，这反过来又产生了湮灭速率的数量级差异。
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估计。
研究人员特别注意将激发迁移率的光谱贡献（允许光激发相互相遇）与湮灭过程本身的光谱贡献分开。这是通过时间分辨显微镜光谱法和激光强度控制来实现的，前者可以确定迁移率，后者可以改变湮灭的可能性。
研究人员希望他们的工作可以用来创造新的设备，如具有高密度和流动性的光激发太阳能电池。这种增强型器件需要对光激发的量子相位进行详细控制，这可以通过具有独特设计的堆积基序的晶体来实现。应用范围从光电子学到量子信息科学。
“这项研究通过利用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，”Tempelaar说。
更多信息： Sarath Kumar等人，通过qu antum干扰抑制分子聚集体中的激子湮灭， 自然化学 （2023）。DOI： 10.1038/s41557-023-01233-x
期刊信息： 自然化学