Поляритоны впервые позволили эффективно управлять переносом заряда в молекулах

Процессы переноса заряда в несвязанных и сильно связанных донорно-акцепторных системах. Автор: Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-01995-0

Ученые из Центра перспективных научных исследований CUNY впервые экспериментально продемонстрировали прямой, настраиваемый и эффективный процесс поляритон-управляемого переноса заряда. Исследование опубликовано в Nature Nanotechnology.

Поляритоны — квазичастицы, возникающие при сильном взаимодействии фотонов света с возбуждениями в веществе. Они способны изменять фундаментальные химические и физические процессы, включая фотоиндуцированный перенос заряда, когда поглощенный свет вызывает переход электрона от молекулы-донора к молекуле-акцептору.

Как объяснил старший автор работы Мэтью Сфейр:

«Мы показали, что когда молекулы и световые волны ограничены в малом объеме и сильно взаимодействуют, они образуют новую частицу — поляритон, представляющий собой смесь света и материи. В нашей работе мы используем эти поляритоны для настройки фотохимического переноса заряда в более широком спектре света, включая зеленые, красные и инфракрасные длины волн».

Исследователи использовали особый тип поляритонов — поляритоны волн Блоха (BSWPs), распространяющиеся вдоль поверхности слоистых оптических структур. Эти квазичастицы способны создавать долгоживущие гибридные состояния, идеальные для управления молекулярным переносом заряда.

Эксперименты позволили не только напрямую управлять реакциями переноса заряда, но и определить условия, при которых поляритоны могут надежно участвовать в этих процессах. Ученым удалось снизить количество энергии, необходимое для запуска фотохимического переноса заряда в молекуле красителя, примерно на 33%.

Это открытие может привести к созданию новых типов фотогальванических, спинтронных и оптоэлектронных устройств, использующих поляритоны для оптимизации молекулярного переноса заряда.

ИИ: Это серьезный прорыв в управлении химическими процессами с помощью света. Хотя авторы отмечают сложность работы с поляритонами, достигнутые 33% экономии энергии — впечатляющий результат, особенно для будущего солнечной энергетики и катализа.