وللجزيئات العضوية التي تلتقط الفوتونات وتحولها إلى كهرباء أهمية كبيرة
تعتبر كفاءة الكم أقلالأمثل إذا حدث "الإطفاء الذاتي" ، عندما يتخلى جزيء واحد ، متحمسًا بفوتون وارد ، عن جزء من طاقته إلى جزيء متطابق غير مستثار ، ونتيجة لذلك يكون الجزيئون في حالة طاقة وسيطة ، منخفضة جدًا تشكيل الإلكترون. ولكن إذا تم الفصل بشكل أفضل بين المتبرعين والمقبولين للإلكترون ، فإن التخميد الذاتي يكون محدودًا ، وبالتالي يتم تحسين كفاءة الكم.
"الحمض النووي يمثل جاذبيةسقالة لإنشاء جزيئات سوبرا لحصاد الضوء: هيكلها الحلزوني، والمسافات الثابتة بين قواعد النيوكليوتيدات والاقتران الأساسي المتعارف عليه يتحكم بدقة في موضع الكروموفور. نوضح هنا أن كرات الباكي الكربونية المرتبطة بالنيوكليوسيدات المعدلة التي تم إدخالها في حلزون الحمض النووي تعمل على تحسين الكفاءة الكمية بشكل كبير. لقد أظهرنا أيضًا أن البنية ثلاثية الأبعاد للجزيء العلوي لا يتم حفظها فقط في الطور السائل، ولكن أيضًا في الطور الصلب، على سبيل المثال في الخلايا الشمسية العضوية المستقبلية."
الدكتور هانز أكيم فاجنكنخت، أستاذ الكيمياء العضوية في معهد كارلسروه للتكنولوجيا (KIT).
كإطار ، استخدم العلماءسلاسل DNA أحادية الجديلة و deoxyadenosine (A) و thymine (T) بطول 20 نيوكليوتيد. تم اختيار هذا الطول لأن النظرية تشير إلى أن أليغنوكليوتيدات الحمض النووي الأقصر لن تتجمع بطريقة منظمة ، وأن الأطول منها غير قابلة للذوبان في الماء. كانت الكروموفورات عبارة عن جزيئات من البيرين الفلوري مع التألق البنفسجي وجزيئات النيل الأحمر ذات التألق الأحمر ، كل منها غير مرتبط تساهميًا مع نيوكليوزيد uracil deoxyribose الاصطناعي. تم إقران كل نيوكليوسيد مع سقالة DNA ، لكن ترتيب البيرين والنيل الأحمر ترك للصدفة أثناء التجميع الذاتي.
أما متقبلات الإلكترون العلماءاختبرت شكلين من كرات بوكي ، وتسمى أيضًا الفوليرينات ، والتي من المعروف أن لها خصائص تبريد ممتازة (استقبال إلكتروني). كانت كل كرة بوكي كرة مجوفة مكونة من حلقات متشابكة مكونة من خمس أو ست ذرات كربون ليصبح المجموع 60 ذرة كربون لكل جزيء. يرتبط الشكل الأول من لعبة كرة البكي بول المختبرة بالحمض النووي بشكل غير خاص من خلال الشحنات الكهروستاتيكية. الشكل الثاني - الذي لم يتم اختباره مسبقًا كمستقبل للإلكترون - تم ربطه تساهميًا عبر الأثير المالوني إلى اثنين من نيوكليوزيدات U-deoxyribose المرافقة ، مما سمح له بالاقتران مع النيوكليوتيد A على الحمض النووي.
وقد أكد الباحثون ذلك تجريبيايتم الحفاظ على البنية ثلاثية الأبعاد للجزيء العلوي المعتمد على الحمض النووي في المرحلة الصلبة: وهذا مطلب حاسم لتطبيقات الخلايا الشمسية. ولتحقيق هذه الغاية، قاموا باختبار الجزيئات العليا بأي شكل من أشكال كرات الباكي باعتبارها الطبقة النشطة لخلية شمسية مصغرة. أظهرت التصميمات فصلًا ممتازًا للشحنة - تكوين ثقب موجب وشحنة إلكترونية سالبة في حامل اللون وقبولهما من قبل كرات الباكي المجاورة - مع أي شكل من أشكال كرة الباكي، ولكن بشكل خاص بالنسبة للشكل الثاني.
يشرح المؤلفون هذا بمزيد من التحديدالارتباط عبر اقتران القاعدة الكنسية مع العمود الفقري للحمض النووي في الشكل الثاني ، والذي يجب أن ينتج عنه مسافة أصغر بين كرة الباكي وحامل اللون. هذا يعني أن الشكل الثاني هو الأنسب للاستخدام في الخلايا الشمسية.
لا يتوقع العلماء أن يكون لدى الجميعالخلايا الشمسية مع الحمض النووي على السطح. لكن تماثل الحمض النووي مثير للاهتمام: يمكن للخلايا الشمسية على هذا الأساس إدراك الضوء باستقطاب دائري في تطبيقات متخصصة.
اقرأ أيضًا:
ابتكر الفيزيائيون نظيرًا للثقب الأسود وأكدوا نظرية هوكينغ. إلى أين تقود؟
اكتشف العلماء حدود السرعة في عالم الكم.
الإجهاض والعلم: ماذا سيحدث للأطفال الذين سينجبون.