Un effet quantique étrange booste dramatiquement le transfert d’énergie
Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Kaifeng Wu, du Dalian Institute of Chemical Physics de l’Académie chinoise des sciences, a découvert un mécanisme inédit de transfert d’énergie lié au mouvement des protons, connu sous le nom de transfert d’énergie triplet assisté par un transporteur de protons (PS-TET). Cette découverte, publiée dans la revue Nature Materials, pourrait avoir des implications significatives pour les technologies énergétiques modernes.
Le transfert d’énergie triplet est un processus clé pour le déplacement d’énergie dans les systèmes naturels et synthétiques, distinct du transfert d’énergie singulet. Comprendre comment le mouvement des protons influence ce mécanisme pourrait ouvrir de nouvelles voies pour contrôler le flux d’énergie dans des matériaux avancés.
Lors de l’absorption de lumière par des points quantiques colloïdaux à base de ZnSe, ceux-ci entrent dans un état excité. Un trou se déplace de ZnSe vers le phénol, tandis qu’un proton se déplace simultanément du phénol vers la pyridine. Par la suite, un électron est transféré de ZnSe au radical phénoxyle, le proton retournant ensuite à son emplacement d’origine. Ces étapes interconnectées favorisent le transfert d’énergie spin-triplet des points quantiques ZnSe vers les accepteurs dyadiques phénol-pyridine.
Bien que le proton revienne à son point de départ, son mouvement temporaire augmente considérablement la vitesse et l’efficacité du transfert d’énergie triplet par rapport à un analogue méthylé ne contenant pas le transporteur de protons. De plus, l’ajout d’un substituant trifluorométhyle, qui attire les électrons, à la pyridine peut modifier l’ordre des étapes de transfert.
Les chercheurs ont également observé que le taux de PS-TET varie peu avec la température, suggérant que le proton ne se déplace pas par un processus conventionnel basé sur la chaleur, mais semble voyager par tunneling quantique. Des calculs impliquant des intégrales de chevauchement de fonction d’onde vibratoire des protons ont soutenu cette interprétation, permettant de déterminer les chemins de relaxation des états excités favorisés.
Les résultats montrent que les effets quantiques peuvent être utilisés pour contrôler le transfert de charge et d’énergie dans des matériaux complexes, même à température ambiante.
Professeur Wu a souligné que la découverte du mécanisme PS-TET pourrait avoir des implications profondes pour de nombreuses technologies moléculaires modernes, notamment dans l’amélioration de l’efficacité de la génération d’états triplet dans des applications de photoréduction et de catalyse environnementale. Toutefois, dans certains cas, il pourrait être nécessaire de limiter la formation d’états triplet pour optimiser le fonctionnement des dispositifs optoélectroniques organiques, tels que les cellules solaires et les lasers.
Cette recherche suggère que les scientifiques pourraient potentiellement ajuster la formation triplet selon les besoins, en créant un transporteur de protons pour améliorer le processus ou en le supprimant pour le réduire.
Source : Nature Materials
