Veda a výskum
Fotosyntéza a piaty stav hmoty, majú toho oveľa viac spoločného, než sme si mysleli, hovoria vedci
Vedci z PSD našli spojenie na atómovej úrovni medzi fotosyntézou a excitónovými kondenzátmi - zvláštnym stavom fyziky, ktorý umožňuje, aby energia pretekala materiálom bez trenia.
Výskumníci z Chicagskej univerzity objavili prekvapujúcu súvislosť medzi fotosyntézou a piatym stavom hmoty.
Vedci sa zameriavali na excitóny, ktoré sú elektrón-hmlové páry, ktoré sa vyskytujú v polovodičoch. Používajú sa pri prenose energie v polovodičových materiáloch, ktoré sa používajú napríklad v solárnych paneloch. Tieto excitóny sa podobajú na fotóny, ktoré vznikajú počas fotosyntézy v rastlinách a ktoré slúžia na prenos energie. Výskumníci zistili, že excitóny majú podobné vlastnosti ako piaty stav hmoty, tzv. Bose-Einsteinov kondenzát, ktorý sa vyskytuje pri extrémne nízkych teplotách.
Bose-Einsteinov kondenzát (BEC) je piaty stav hmoty, ktorý bol prvýkrát predpovedaný v roku 1924. Ide o stav hmoty, ktorý sa vyskytuje pri extrémne nízkych teplotách, keď sú atómy výrazne spoluzávislé a správajú sa ako jeden celok. BEC môže byť napríklad použitý na výrobu nových materiálov s vlastnosťami, ktoré nie sú možné v bežných podmienkach.
PSD scientists found links at the atomic level between photosynthesis and exciton condensates—a strange state of physics that allows energy to flow frictionlessly through a material. The finding may suggest new ways to think about designing electronics.https://t.co/p2wcXO6Eb1 pic.twitter.com/TwHCYfDlXw
— UChiPhysicalSciences (@UChicagoPSD) May 3, 2023
Významný obsah s veľkým potenciálom
Výskumníci identifikovali súvislosti na atómovej úrovni medzi fotosyntézou a excitónovými kondenzátmi – zvláštnym stavom fyziky, ktorý umožňuje, aby energia pretekala materiálom bez trenia. Vedci k novým zisteniam prišli potom, ako sledovali, keď fotón zo Slnka narazil na list, čo umožnilo prenos energie do inej oblasti, kde sa spustila chemická reakcia. Keď sa ale vedci pozreli na tento proces z vtáčej perspektívy a modelovali, ako sa pohybuje viacero excitónov, všimli si niečo zvláštne. Videli vzory v dráhach excitónov, ktoré vyzerali pozoruhodne povedome.
Neprehliadnite
„V skutočnosti to vyzeralo veľmi podobne ako správanie sa v materiáli, ktorý je známy ako Bose-Einsteinov kondenzát, niekedy známy ako „piaty stav hmoty. V tomto materiáli sa excitóny môžu spájať do rovnakého kvantového stavu – ako súprava zvonov, ktoré všetky zvonia dokonale zladené.“, píše sa v publikovanej správe.
To umožňuje, aby sa energia pohybovala okolo materiálu s nulovým trením.
Podľa profesora Davida Mazziotti, ktorý viedol výskumný tím, a spoluautorky štúdie, Anna Schouten, je toto zistenie dôležité, pretože nám umožňuje lepšie pochopiť fotosyntézu a vytvoriť nové materiály, ktoré by mohli vylepšiť proces prenosu energie.
„Keď pochopíme, ako funguje fotosyntéza, môžeme použiť tieto znalosti na vytvorenie nových materiálov, ktoré by mohli byť účinnejšie a ekologicky šetrnejšie ako súčasné technológie,“ povedal Mazziotti.
Vedci veria, že ich objav by mohol byť užitočný aj pri vývoji nových solárnych panelov, ktoré by mohli byť oveľa účinnejšie pri využívaní slnečnej energie. A hoci výskumníci hovoria, že ešte plne nechápeme, ako prebieha tento proces, tak súčasné vedomosti nám umožňujú, aby sme zdvojnásobili účinnosť prenosu energie. To otvára niekoľko nových možností na vytváranie syntetických materiálov pre budúcu technológiu, povedal Mazziotti
Toto zistenie je dôležitým krokom v pochopení procesov, ktoré sa vyskytujú v prírode a môže pomôcť pri vytváraní nových technológií, ktoré by mohli mať pozitívny vplyv na životné prostredie a ľudskú spoločnosť.
