Yorug'likning "Mumkin emas" Ilmi: past energiyadan yuqori energiyaga

Sizga g'ayrioddiy narsadan aytmoqchiman. Bu kino qahramonlari uchun emas — haqiqiy laboratoriyada sodir bo'layotgan voqea.

Tasavvur qiling: ikki stakan iliq suvni birlashtirdingiz va natijada bir stakan qaynayotgan suv oldingiz. Bu mantiqan joyida emas, to'g'rimi? Maktabda o'rgatilganidek, sistema ichiga kiritilgandan ko'proq energiyani olish mumkin emas.

Ammo kvant dunyosida bu "sehr" ro'y beradi. Past energiyali yorug'lik zarrachalari o'z energiyasini birlashtirib, ancha yuqori energiyali bitta zarracha hosil qiladi.

Va endi olimlar buni qattiq materiallar bilan qilishga muvaffaq bo'lishdi. Bu borada 10 yildan ortiq izlanishlar olib borilgan edi.

Nega UV yorug'lik muhim?

UV yorug'lik — bu quyoshdan kuyish va ajin olishga sabab bo'ladigan narsa, to'g'rimi?

Ha, shunday. UV yorug'lik ko'p miqdorda iste'mol qilish xavfli.

Ammo ko'pchilik bilmaydi — UV yorug'lik texnologiya uchun juda foydali. Havo tozalagichlarda bakteriya va viruslarni o'ldirish uchun ishlatiladi. Shifokorlar plomba qotganda tez quriydigan gelni mustahkamlash uchun UV yorug'likdan foydalanadi. 3D printerlar smolani qotirish uchun shu yorug'likni ishlatadi. Manikyur qilishdagi gel laklar ham — UV yorug'lik yordamida quriydi.

Muammo shundaki, Yerga yetib keladigan quyosh nurlarining atigi 6 foizi UV yorug'lik. Va shu kichik qismning ham faqat bir qismi texnologiyaga mos keladi.

Shunday qilib, olimlar bunday fikrga keldi: ko'rinadigan yorug'likni (biz ko'rayotgan narsani) UV fotonlarga aylantirib, ko'proq UV yorug'lik yaratish mumkinmi?

Yorug'likni "Qo'shish" Hiylasi

Bu jarayon foto-upkonversiyalash deb ataladi. Asosiy g'oya shunday: ikkita ko'rinadigan yorug'lik fotonini olasiz, ularning energiyasini birlashtirasiz va bir UV foton olasiz.

Bu raqamlarni qo'shib ma'lum natijaga erishish kerak bo'lgan matematika masalasiga o'xshaydi — faqat atomlar miqyosida.

Ko'p yillar davomida olimlar buni suyuqliklarda yaxshi ishlashini bilishgan. Suyuqliklarda molekulalar erkin harakat qiladi va osongina to'qnashadi, bu esa energiyani uzatishni osonlashtiradi.

Ammo suyuqlik tizimlarining kamchiliklari bor: ko'pincha zaharli kimyoviy moddalar kerak, bug'lanishi mumkin, amaliy qo'llash uchun noqulay.

Olimlarga kerak bo'lgan narsa — qattiq material edi.

Va mana shu yerda ishlar murakkablasha boshladi.

Qattiq Jismlar Olimlarni Azobga Solgan Payt

Qattiq jismlardagi muammo shundaki: molekulalar bir-biriga juda yaqin joylashgan.

Molekulalar shunchalik yaqin bo'lsa, ularning elektron bulutlari — har bir molekula atrofida uchuvchi electronlarning xiralashgan hududlari — qo'shni molekulalar bilan ustma-ust tusha boshlaydi.

Va buning natijasida? Bizga kerak bo'lgan energiya uchliklari ("triplet"lar) foydali UV foton yaratish uchun boshqa triplet bilan uchrashishdan oldinroq "o'chib" ketadi.

Bu sichqonchaning shovqinli zalda yolg'iz suhbatlashishga urinishga o'xshaydi. Hammayoq odam boshqasiga qulab, muhim muloqot deyarli imkonsiz bo'ladi.

Olimlarga kerak bo'lgan narsa: yetarlicha yaqin (energiyani samarali uzatish uchun), lekin shunchalik uzoq (bu "o'lish" effektini oldini olish uchun) molekulalar.

Yillar davomida bu echilmas mushkel bo'lib ko'rindi.

Kutilmagan Yutuq

Keyin Yaponiyaning Kyushu Universitetidan olimlar zukko yechim topdi.

Ular DHI deb ataladigan organik yarimo'tkazgichdan boshlashdi (to'liq nomini eslab qolish shart emas — murakkab) va oddiy lekin ajoyib o'zgartirish kiritishdi.

Ular molekulaga mayda "orasini to'ldiruvchi" qismlar — alkil zanjirlar — biriktirishdi. Bu qismlar qo'shni molekulalar orasida aniq o'lchamdagi bo'shliqlar yaratdi.

Natijada molekulalar bir-biri bilan "gaplasha" oldi, lekin shunday yaqin bo'lmadiki, bir-birining "oyoq ostida" qoldi.

Yangi material ko'rsatdi:

• Kuchli lyuminestsentsiya (yaxshi charaqaydi)
• Uzoq davom etadigan qo'zg'algan holatlar (energiya foydalanish uchun yetarli vaqt saqlanadi)
• Yuqori samarali energiya uzatish
• 60 foizdan ortiq fluoresensiya kvant chiqishi (juda yaxshi natija)

Ular uni donor molekulasi bilan birga ishlatganda, tizim 1.9 foiz upkonversiyalash samaradorligiga erishdi.

Bu raqam sizga kichikmi? Biroz tushuntiraman: ko'pchilik qattiq materiallar buni umuman qila olmaydi, hatto yorug'lik intensivligi yuqori bo'lsa ham. Bu material oddiy quyosh nuri bilan ishlaydi.

O'n to'rt Yil Sabr

Bu tarixning menga ta'sir qilgan qismi — bu yerda.

Loyiha rahbarlaridan biri, professor Nobuo Kimizuka, 2012-yilda bu sohani o'rganishni boshlagan. Uning maqsadi faqat qiziq material yaratish emas, balki molekulalar o'zlari birlashib foydali vazifalarni bajaradigan butunlay yangi kimyo sohasini yaratish edi.

12 yil davomida izchil progress. Suyuq tizimlar. Gel asosidagi tizimlar. Har bir qadam oldinga intilish edi.

Ammo samarali qattiq holatdagi upkonversiyalash? Bu hali ham "muqaddas graal" edi.

So'ng, 2024-yil may oyida — nafaqaga chiqishidan bir necha oy oldin — Kimizuka va uning jamoasi nihoyat muvaffaqiyatga erishdi. Yakuniy bosqichda aspirantlar va hamkorlar qattiq mehnat qilib, hamma narsani bir joyga yig'ishdi.

O'n bir yildan ko'proq sabrli, izchil ishdan keyin kelgan ilmiy yutuq — bu chiroyli. Bu menga eslatadi: haqiqiy innovatsiya har doim "evrika" daqiqasida emas — bu har kuni borib turishda.

Bu Sizga Nima Bo'lishi Mumin?

Tadqiqotchilar allaqachon patent olishgan, demak, amaliy qo'llashga jiddiy qarayapti.

Tasavvur qiling, bu nimalarga imkon berishi mumkin:

Quyosh energiyasida ishlaydigan havo tozalagichlar — rozetkaga ulash shart emas. Quyoshga qo'ying, havo tozalash uchun UV yorug'likni o'zi hosil qiladi.

Kam energiya sarflaydigan 3D printerlar — elektr tokiga ishonchsiz uzoq joylarda ishlatish mumkin.

Ichki muhitda fotokataliz tizimlari — oynalardan tushadigan yorug'lik yordamida ifloslantiruvchi moddalarni parchalaydi.

Va bularning hammasi — nisbatan oson sintez qilinadigan va arzon xom ashyolardan tayyorlangan materialdan. Bu noyob yer elementlari yoki murakkab nanotexnologiya emas.

Katta Manzara

Meni bu tadqiqotda eng qiziqtirgan narsa — hech qanday alohida ilova emas — konsepsiya isboti.

Ilk marta ko'rsatdikki, qattiq materiallar real dunyo sharoitida samarali foto upkonversiyalashni amalga oshirishi mumkin. Mana shunday yutuq — biz bilmagan eshiklarni ochadi.

Bugungi har bir texnologiya bir paytlar biror laboratoriyada "qiziq, lekin amaliy bo'ladimi?" degan savol bilan boshlangan edi.

Shunday qilib, keyingi safar shifokor qarshisida plomba qotirayotganda, havo tozalagich yonidan o'tayotganda yoki biror narsa 3D printerda chiqarilayotganini ko'rayotganda — eslangki, bir joyda bir olim o'n to'rt yil past energiyali ikkita narsani birlashtirib, kuchliroq narsa yaratishga harakat qilgan.

Ba'zan sehr aslida sehr emas. Bu — shunchaki juda, juda sabrli ilmiy ish.