研究人员道路试验研究单线态裂变的强大方法

在新的一项研究中，研究人员测量了在单重态裂变 — — 一个可以在太阳能电池的未来发展中发挥中心作用的过程中产生的电子态的自旋性质。
物理学家成功运用了强大的技术为研究产生单线态裂变，一个过程，它被认为通过电子将在来年更有效率的关键太阳能生产。

他们的方法，在自然物理上，被雇用的激光、 微波辐射和磁场分析的激子，是大力激发态的粒子形成分子系统中自旋 》 杂志上报道。

这些产生单重态裂变，世界各地的研究人员正试图以用于更好地利用来自太阳的能量充分理解的过程。使用展示太阳能电池中的单线态裂变材料可以使能源生产更有效率将来，但过程需要充分了解，以便优化的相关的材料和设计适当的技术来开发它。

在大多数现有的太阳能电池，光粒子 （光子） 会被硅等半导体材料吸收。每个光子激发电子材料的原子结构，给一个单一的电子足够的能量来移动。这可以然后可能提取作为电流。

在一些材料，然而，单个光子的吸收最初创建一个更高的能量，激发粒子，称为自旋单重态激子。此单重态也可以与另一个分子，形成激子低能量两个，而不是只是一个共享它的能量。这些低能量的粒子被称为自旋”三胞胎”激子。每个三重态可以移动通过材料的分子结构和用于产生电荷。

-从一个被吸收的光子的两个充满活力的三线态激子-的分裂过程是单线态裂变。为科学家研究如何以更高的太阳能发电，它代表着一个潜在的讨价还价-电流产生的大量二为一报价，相对于的光量。如果能够单线态裂变材料可以集成到太阳能电池，它将成为可能，更有效地从太阳光产生能量。

但实现这一目标是远非那么简单。挑战之一是，成对的三重态激子只有最后的一秒钟，一小部分必须分隔和使用之前它们衰变。它们的寿命被连接到相对”自旋”，这是一个独特的财产的基本粒子，是内在的角动量。研究和测量通过时间，从他们的腐朽，对初始形成自旋是必不可少的如果他们打算利用。

在新的研究中，剑桥大学和 Freie 大学柏林 （韩琦） 的研究人员利用一种允许自旋性质的材料，通过时间测量方法。方法，称为电子自旋共振 (ESR) 波谱，一直使用并改进，自发现以来 50 多年前以更好地理解自旋对许多不同的自然现象的影响。

它涉及到放置材料正在研究在大的电磁铁内,，然后使用激光光激发分子内部的样品和微波辐射测量自旋随时间的变化。学习由单线态裂变，因为这些是很难学习使用大多数其他技术的三重态的时候，这是特别有用。

由于激子的自旋与微波辐射和磁场相互作用，这些相互作用可以用作另一种方法来理解的三重态对他们形成后会发生什么。总之，方法允许研究人员有效地观看和操作的三重态对通过时间，由单线态裂变以下形成自旋状态。

这项研究是由 Jan 呗恩瑞德教授在自由大学柏林 （韩琦）、 阿克沙伊饶博士、 大学研究员圣约翰大学、 剑桥大学和剑桥大学物理系教授尼尔 · 格里纳姆领导的。

在三位一体学院，剑桥，基于物理的利亚维斯、 盖茨剑桥学者和博士学生是这篇论文第一作者。”这项研究开辟了许多新的问题，”她说。”是什么导致这些激发的态或者分开和变得独立，或作为一对在一起，都是问题，我们需要回答之前我们可以使用它们.”

研究者们能够看看自旋态的三线态激子相当详细。他们观察到了形成对不同程度地有两个弱和密切相关的自旋态，反映共同存在的空间上紧密并进一步分开的双。有趣的是，专家组发现，一些对他们的预期很迅速衰减，由于他们接近的接近度，实际上存活几微秒。

“特别寻找那些对完全出乎意料，”韦斯补充道。我们认为，他们可以得到他们整体的自旋状态，保护难度他们腐烂。继续的研究将集中在制造设备和检查这些国家如何可以用于太阳能电池中的使用。”

教授呗恩瑞德补充说:”这种跨学科的合作很好地表明，汇集了来自不同领域的专门知识可以提供小说和让人印象深刻。未来的研究将需要解决如何有效地分离的强烈耦合的国家，我们观察到在这里，从单重态分裂细胞产量提高。

超越试图提高光伏发电技术，研究也具有更广泛的努力创建快速、 高效的电子使用自旋，所谓的”自旋电子学”设备，同样依赖于能进行测量和控制中的电子的自旋性质的影响。

从英国工程和物理科学研究委员会 (EPSRC) 和从 Freie 大学柏林 （韩琦），研究了可能的支持。韦斯和同事山姆贝利进行光谱实验的教授 Jan 呗恩瑞德和教授罗伯特 Bittl 韩琦在实验室内。工作也是剑桥倡议全球能源和环境挑战，支持了温顿方案可持续性物理连接基础物理研究的一部分。