Gli scienziati trovano un collegamento tra la fotosintesi e il “quinto stato della materia”

Louise Lerner scrive tramite Phys.Org: All’interno del laboratorio, gli scienziati si meravigliano di una strana condizione che si forma quando raffreddano gli atomi quasi allo zero assoluto. Fuori dalla finestra, gli alberi raccolgono la luce del sole e la trasformano in foglie fresche. I due sembrano non essere collegati, ma un nuovo studio dell’Università di Chicago lo fa indica che questi processi non sono così diversi come potrebbero apparire in superficie. lo studio, Pubblicato in PRX Energy il 28 aprile, hanno trovato collegamenti a livello atomico tra fotosintesi e condensati di eccitoni, uno strano stato fisico che consente all’energia di fluire senza attrito attraverso la materia. Gli autori hanno affermato che i risultati sono scientificamente interessanti e potrebbero suggerire nuovi modi di pensare alla progettazione elettronica.

Quando un fotone proveniente dal sole colpisce una foglia, provoca un cambiamento in una molecola appositamente progettata. L’energia mette fuori combattimento un elettrone. L’elettrone, e il “buco” che era una volta, può ora viaggiare intorno alla foglia, portando l’energia del sole in un’altra area dove innesca una reazione chimica per produrre zuccheri per la pianta. Insieme, questa coppia elettrone-lacuna in movimento viene definita “eccitone”. Quando il team ha preso una vista a volo d’uccello e ha modellato il modo in cui si muovono i molteplici eccitoni, hanno notato qualcosa di strano. Hanno visto schemi nei percorsi degli eccitoni che sembravano straordinariamente familiari. In effetti, sembrava molto simile al comportamento di una sostanza nota come condensato di Bose-Einstein, che a volte è noto come il “quinto stato della materia”. In questo materiale, gli eccitoni possono riferirsi allo stesso stato quantico, un po’ come un gruppo di campane che suonano tutte perfettamente intonate. Ciò consente all’energia di muoversi attorno alla materia senza attrito. (Questi tipi di strani comportamenti incuriosiscono gli scienziati perché potrebbero essere i semi di una tecnologia affascinante – ad esempio, uno stato simile chiamato superconduttività è la base per le macchine per la risonanza magnetica.)

secondo i modelli […], gli eccitoni nel foglio a volte possono essere correlati in modo simile al comportamento di un condensatore di eccitoni. Questa è stata una grande sorpresa. I condensati di eccitoni si vedono solo quando il materiale viene raffreddato significativamente al di sotto della temperatura ambiente. Sarebbe come vedere dei cubetti di ghiaccio che si formano in una tazza di caffè caldo. “La fotonica viene raccolta in un sistema che è a temperatura ambiente e per di più, la sua struttura non è strutturata, a differenza dei materiali cristallini originali e delle basse temperature che si usano per realizzare condensatori di eccitoni”, ha spiegato. [study co-author Anna Schouten]. Gli scienziati hanno affermato che questo effetto non è universale: è più simile alla formazione di “isole” di condensa. “Ma questo è ancora sufficiente per migliorare il trasferimento di energia nel sistema”, ha detto Sager-Smith. In effetti, i loro modelli suggeriscono che può raddoppiare l’efficienza. Il coautore dello studio, il professor David Mazziotti, ha affermato che i risultati aprono alcune nuove possibilità per la generazione di materiali sintetici per la tecnologia futura. “La condensazione ideale degli eccitoni è delicata e richiede molte condizioni speciali, ma per le applicazioni del mondo reale è emozionante vedere qualcosa che migliora l’efficienza ma può accadere in condizioni ambientali”.

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Elma Zito

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