Les plantes et les bactéries peuvent capter l'énergie de la lumière du soleil avec des antennes de collecte de lumière et la transférer vers un centre de réaction. Transporter l'énergie de manière efficace et ciblée dans un minimum d'espace intéresse également les ingénieurs. S'ils devaient maîtriser aussi bien les micro-organismes, ils pourraient améliorer considérablement le photovoltaïque et l'optoélectronique.

Mais comment observer le flux d'énergie ? Le groupe de Tobias Brixner à l'Institut de chimie physique et théorique de Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Bavière, Allemagne, envisagent ce problème.

Dans la revue Communication Nature , l'équipe présente maintenant deux nouvelles méthodes spectroscopiques permettant d'observer le transport d'énergie à l'échelle nanométrique. Selon le professeur JMU, les nouvelles découvertes fournissent des informations précieuses pour la conception d'antennes de collecte de lumière artificielle.

Ces succès de recherche ont été obtenus en coopération avec les groupes de travail de Christoph Lambert et Todd Marder (JMU Würzburg), Uwe Bunz et Andreas Dreuw (Université de Heidelberg) ainsi que Jasper Knoester et Maxim Pshenichnikov (Université de Groningue, Pays-Bas).

Les nanotubes imitent la nature

En utilisant les nouvelles méthodes, les équipes de recherche ont réussi à décrypter le transport d'énergie dans des nanotubes à double paroi constitués de milliers de molécules de colorant. Ces minuscules tubes servent de modèles pour les antennes de récolte de lumière des bactéries photosynthétiquement actives.

Aux faibles intensités lumineuses, les excitations énergétiques sont transportées de la paroi externe vers la paroi interne des tubes. Aux fortes intensités, d'autre part, les excitations ne se déplacent que le long de la paroi extérieure - si deux excitations s'y rencontrent, l'un d'eux disparaît. "Cet effet, qui est connu depuis un certain temps, peut être rendu directement visible avec notre méthode pour la première fois, " dit Brixner.

Les mesures ont été réalisées en combinant une technique appelée spectroscopie exciton-exciton-interaction-bidimensionnelle (spectroscopie EEI2D), qui a été développé dans le groupe Brixner avec un arrangement microfluidique du groupe Groningen.

Dans le deuxième article, les équipes de recherche démontrent également une nouvelle approche de la mesure des flux d'énergie. Le point culminant :la vitesse d'enregistrement des données était beaucoup plus rapide que celle des méthodes de pointe. En seulement huit minutes, il a été possible de mesurer jusqu'à 15 spectres 3D simultanément dans une seule expérience. Méthodes traditionnelles, d'autre part, nécessitent généralement plusieurs heures pour un seul spectre.

Comme base pour mesurer des spectres cohérents sur trois dimensions fréquentielles, les chercheurs ont utilisé une méthode rapide pour faire varier la séquence temporelle d'impulsions laser ultracourtes. "L'expansion de l'analyse de fréquence 2-D à 3-D et l'augmentation du nombre d'interactions lumière-matière des quatre habituelles dans la littérature à six fournissent maintenant des informations détaillées sur la dynamique des états hautement excités, " dit Brixner.