激光网3月14日消息，为了有效地将两个低能光子组合成一个高能光子，能量必须能够在随机取向的固体分子之间自由跳跃，但不能太快。神户大学的这一发现为开发更高效的光伏电池、显示器甚至抗癌疗法的材料提供了急需的设计指南。
不同颜色的光具有不同的能量，因此可用于非常不同的事物。为了开发更高效的光伏电池、OLED显示器或抗癌疗法，希望能够将两个低能光子升级为高能光子，世界各地的许多研究人员正在研究这种上转换的材料。
在这个过程中，光被材料吸收，其能量在材料的分子之间传递，形成所谓的“三重态激子”。然而，目前尚不清楚是什么让两个三重态激子有效地将它们的能量组合成一个分子的不同激发态，然后发射出高能光子，而这种知识差距一直是此类材料开发的严重瓶颈。
神户大学光科学家Kobori Yasuhiro和他的研究小组一直在研究一种称为“电子自旋态”的特性，即移动和相互作用的激发态。他们意识到，他们的专业知识正是解决上转换问题所需要的，并将其应用于特别适合他们分析的材料。
Yasuhiro解释说：“在溶液系统中，由于分子的高速旋转，很难观察到电子自旋的磁性，而在传统的固态系统中，反应效率太低，无法进行电子自旋共振研究。然而，我们研究中使用的薄膜固态材料适用于观察电子自旋的磁性并产生足够的三重态激子浓度。
他们的研究结果现已发表在《物理化学快报》上，表明为了将能量转移到一个发光分子，两个三重态激子的电子自旋态必须对齐，这取决于参与分子的相对取向。
然而，为了以很高的可能性发生这种情况，三重态激子需要能够在许多不同取向的分子之间移动。另外，这种跳跃一定不能太快，所以有足够的时间进行不同激发态的相互转换。
Yasuhiro解释说：“我们首先直接观察了固态系统中上转换材料内部电子自旋态的时间演化，然后对观测到的电子自旋运动进行了建模，最后提出了一种新的理论模型，说明电子自旋态与上转换过程的关系。
这些结果最终为如何设计基于该过程微观机理知识的高效光子上转换材料提供了指导。
“我希望这些知识有助于开发高效太阳能电池，以缓解我们的能源问题，同时也扩展到广泛的领域，例如光动力癌症治疗和诊断，利用近红外光进行光学上转换而不会伤害人体，”Yasuhiro说。
