Egy amerikai kutatókból álló csapat új anyagot hozott létre organikus és szervetlen összetevők ötvözése által, ami speciális tulajdonsággal bír: képes átalakítani a rajta áthaladó fényt, vagyis alacsony energiájú fotonokból magasabb energiájút "készít". A tudósok szerint a felfedezés az eddigieknél sokkal nagyobb hatásfokú napelemek és újfajta szenzorok építését alapozhatja meg.

A hibrid anyag kétféle alkotóelemből készült: egyrészt antracénből, ami egy három benzolgyűrűből álló aromás szénhidrogén és általában színezékek gyártásához használják, másrészt szilíciumból, ez utóbbi adta a szervetlen komponensét az anyagnak. A kutatók nem csak kombinálták a két összetevőt, hanem egyedi módszerrel felerősítették a köztük kialakuló interakció intenzitását és elektromosan vezető hidat képeztek a kétféle molekula között, ami gyorsította az energiaátviteli hatékonyságukat.

Az anyag legfőbb jellemzője, hogy a rajta áthaladó fotonokat más energiaszintre tudja hozni, azaz a beérkező alacsony energiájú fotonok magasabb energiájú fotonként távoznak belőle, ami miatt a matéria számos területen jelenthet hasznos segítséget és többféle ipari alkalmazása is potenciális előnyökkel járhat. A kutatók kiemelik például a napelemek hatékonyabbá tételének terén való jövőbeli lehetőségeket: az eddig eléggé alacsony hatásfokkal működő panelek a hibrid anyaggal olyan hullámhosszú fényt is hasznosíthatnak, ami eddig nem volt lehetséges, például a közeli infravörös sugarakat is begyűjthetik energiatermelés céljából.

Az anyagban található szilíciumot egészen kis méretű nanorészecskék formájában adják a többi komponenshez és a kétfajta összetevő között a molekulák az elektronokat eredményesen továbbítják.

"A szerves molekulák és a szervetlen kvantumpontok között létrejövő hibrid struktúrák egyedi fotofizikai átalakításra képesek az eltérő tulajdonságaik kihasználásával."

- írják a kutatók a Nature Chemistry-ben megjelent tanulmányukban, hozzátéve, hogy ezek az anyagok általában gyengén kapcsolódnak egymáshoz, de az egyszeres szén-szén kötés kettős kötésre való módosításával a kapcsolat erősebbé tehető.

Ezáltal a töltéshordozók delokalizálhatóak, ami azt jelenti, hogy térben egyenletesen oszlanak el és nem csoportosulnak a kvantumpont vagy a molekulák felszínéhez. Ez a fotonok felkonvertálásának hatékonyabbá tételéhez vezet, 17,2%-os hatékonyság növekedést elérve az egyszeres kötésű szerves-szervetlen kapcsolódáshoz képest. A fejlesztés különlegességét nem csak az újfajta hibrid anyag megalkotása jelenti, hanem a köztük lévő interakció kontrollálásának kivitelezése is, aminek köszönhetően "nem csak egy keverék, hanem egy teljesen új hibrid anyag hozható létre, olyan tulajdonságokkal, amelyek alapvetően eltérnek a két összetevő egyes jellemzőitől."

A hosszúhullámú fény rövid hullámhosszúvá alakítása a napelemeken kívül hatékonyabb szenzorok tervezésében is segíthet, amelyeket többek között az önvezető autók biztonságos működésének támogatására lehet majd használni. A kutatók ezenkívül a bioképalkotás, a fényalapú 3D-nyomtatás és az éjjellátó eszközök fejlesztésében látják a leendő legfontosabb alkalmazási köröket, de a gyakorlati felhasználáshoz további vizsgálatokon át vezet az út. Az azonban már most egyértelmű, hogy az anyagok elemi szintén való manipulálásával egészen új utak nyílhatnak meg az ipari alkalmazások hatékonyabbá tétele előtt.

(Fotó: University of Texas Austin, Pxhere)