توان گیاهی

به گزارش انجمن فیزیک ایران، محققان برای فهم سازوکار تبدیل نورخوشید به انرژی مفید در گیاهان، مدلی را طراحی کرده‌اند که شامل سه مولکول است که در معرض تابش نور خورشید قرار گرفته‌اند. آنها نشان دادند که با در نظر گرفتن اثرات مکانیک کوانتومی، جریان فوتونی ایجاد شده توسط مولکول‌ها در گیاهان، نسبت به زمانی که تنها اثرات کلاسیکی در نظر گرفته می‌شود به طور چشم‌گیری افزایش می‌یابد. این مطالعه نظری که در Physical Review Letters منتشر شده، می‌تواند مبنایی برای تولید سلول‌های خورشیدی با بازده بالا باشد.

زمانی که نور بر سطح ماده‌ای که مولد جریان فوتونی است تابیده می‌شود، انرژی فوتونی توسط الکترون‌ها جذب شده و در نتیجه باعث می‌شود الکترون‌ها به طور آزادانه حرکت کنند. این الکترون‌های آزاد، سپس می‌توانند در تولید جریان‌الکتریکی که کار انجام می‌دهد نقش داشته باشند. اما الکترون‌های به تازگی آزاد شده، می‌توانند به سرعت با یکدیگر بازترکیب شوند، و این همان چیزی است که بازده بیشتر مواد فوتوالکتریک را محدود می‌کند.

از سویی دیگر، مولکول‌های مهارکننده نور در گیاهان می‌توانند تحت شرایط ویژه‌ای و با بازدهی بالا فوتون‌ها را به الکترون‌ها تبدیل کنند، و شواهد تجربی پیشنهاد می‌کند که این بازدهی بالا می‌تواند نتیجه اثرات مکانیکی کوانتومی باشد. سلستینو کریتور (Celestino Creatore)و همکارانش در دانشگاه کمبریج ِبریتانیا، اثرات کوانتومی که باعث تقویت جریان فوتونی در گیاهان می‌شود را بررسی کردند: دو مولکول “دهنده” که با سطح انرژی که فوتون‌ها را جذب می‌کند در کنار یک مولکول “پذیرنده” که می‌تواند الکترون برانگیخته را به بیرون منتقل کند، قرار می‌گیرند.کریتور و همکارانش اثرات کوانتومی که باعث می‌شود دو مولکول دهنده با اندرکنش دو قطبی با هم ترکیب شوند را بررسی کردند. آن ها دریافتندکه این اندرکنش دو قطبی دو حالت جدید (دوسطح انرژی) ایجاد می کند: حالت بسیار جاذب، و “حالت تاریک”. حالت تاریک مانع از بازترکیب الکترون‌های آزاد، که در تولید جرین الکتریکی نقش دارند، می‌شود. جریان ایجاد شده با این رهیافت می‌تواند تا ۳۵% بیشتر از پیش بینی فیزیک کلاسیک باشد.