Ученые впервые в мире показали недавно предсказанный квантово-электродинамический эффект. Международная группа ученых под руководством специалистов Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» (НИЯУ МИФИ) считает, что их работа поможет в несколько раз увеличить качество работы солнечных батарей, органических светодиодов и другой фотовольтаической техники.

Экситон — квазичастица, вспомогательный объект квантовой теории, поведение которой описывает связанное состояние пары носителей противоположных зарядов. Это понятие, отмечают авторы работы, позволяет очень точно описать, например, электрические свойства органических полупроводников при взаимодействии со светом.

Когда экситон рождается или уничтожается, происходит резонансное преобразование энергии в органическом полупроводнике. Вместе с этим событием происходит поглощение или испускание фотона. В новой статье научный коллектив показал возможность управления свойствами экситонных переходов с использованием эффекта сильной связи.

Эффект сильной связи состоит в образовании гибридного состояния энергии между возбуждением в веществе, которое описывают с помощью представления об экситоне, и локализованным электромагнитным возбуждением. Для создания таких условий используют особые резонаторы, в основе которых — пара зеркал, размещенных друг напротив друга на расстоянии порядка длины волны света, – Игорь Набиев, ведущий ученый Лаборатории нано-биоинженерии (ЛНБИ) НИЯУ МИФИ.

Понятие «экзитон» используется для одного из эффектов в органических полупроводниках — это ферстеровский резонансный перенос энергии (FRET). Его применяют в медицинской технике. Суть в том, что происходит трансфер энергии без потерь между двумя экситонными состояниями в разных молекулах, находящихся на малом расстоянии друг от друга.

Чтобы шире использовать потенциал этого явления в фотовольтаике, нужно было экспериментально зафиксировать и изучить так называемый эффект карнавала, который заключается в управляемой смене направлений переноса энергии в режиме FRET между экситонами разных молекул.

Авторы считают, что их работу можно применить для фотовольтаических устройств, преобразующих энергию света в электрическую. Например, КПД солнечных панелей может увеличиться в несколько раз. Также они хотят применить ее для точного дистанционного управления химическими реакциями.