Vissa skalbaggar med glÀnsande vingar, larver hos eldflugor och fÀrgglada mantisrÀkor reflekterar ett sÀrskilt sorts ljus som kallas för cirkulÀrt polariserande ljus. Det beror pÄ mikroskopiska strukturer i deras skal som fÄr det elektromagnetiska vÄgorna i ljuset att reflekteras pÄ ett sÀrskilt sÀtt.
CirkulÀrt polariserande ljus har ocksÄ mÄnga tekniska anvÀndningsomrÄden som bland annat satellitkommunikation, avbildningsteknik (bioimaging) och andra sensorteknologier. Det beror pÄ att cirkulÀrt polariserande ljus bÀr pÄ en stor mÀngd information tack vare att det elektromagnetiska fÀltet runt ljusstrÄlen antingen kan ha en höger- eller vÀnstervriden spiral.
Hela ljusspektrumet
För att upptĂ€cka cirkulĂ€rt polariserande ljus behövs ett material som kan uppfatta Ă„t vilket hĂ„ll spiralen Ă€r vriden. Redan idag finns det material som kan uppfatta och avkoda cirkulĂ€rt polariserande ljus i nĂ€stan hela det synliga ljusspektrumet â förutom i den delen som ligger nĂ€rmast infrarött. Nu har forskare vid Linköpings universitet utvecklat ett material, som normalt anvĂ€nds till organiska solceller, för att fĂ„nga upp just de ljusstrĂ„larna.
Feng Gao, professor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi. Foto Magnus Johansson â Det har lĂ€nge varit en utmaning att fĂ„ till högkvalitativa sensorer som kan upptĂ€cka cirkulĂ€rt polariserande ljus nĂ€ra det infraröda spektrumet. Men tack vare en vidareutveckling av ett material vi normalt anvĂ€nder i solceller kan vi nu upptĂ€cka cirkulĂ€rt polariserande ljus i hela det synliga ljusspektrumet, sĂ€ger Feng Gao, professor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi (IFM) vid Linköpings universitet.
UpptÀckten banar vÀg för tekniska lösningar dÀr mörkerseende spelar en avgörande roll som exempelvis i sjÀlvkörande bilar. Tack vare materialets lÀtta vikt och enkla tillverkningsprocess kan de anvÀndas i smÄ och billiga sensorer.
Undersöka fler material
Solcellsmaterialet bestÄr av polymerer (lÄnga kedjor med kolvÀten) och kan ha en klotrund molekylstruktur som kallas fulleren, eller sÄ har de en annan struktur och dÄ kallas materialet icke-fullerent. Materialet i den aktuella studien Àr icke-fullerent vilket har visat sig vara fördelaktigt för bÄde solceller och andra anvÀndningsomrÄden som ljussensorer.
Materialets förmĂ„ga att kĂ€nna av cirkulĂ€rt polariserande ljus beror pĂ„ dess sĂ„ kallade kiralitet, det vill sĂ€ga hur mottagarmolekylerna interagerar med ljus. Kiralitet hos molekyler kan enklast förklaras som ett par hĂ€nder â höger- och vĂ€nsterhanden har samma uppbyggnad men Ă€r just spegelvĂ€nda och fĂ„r dĂ€rmed lite olika funktioner. Tack vare kiraliteten kan olika molekyler kĂ€nna av om den elektromagnetiska strĂ„lningen Ă€r höger- eller vĂ€nstervriden.
â NĂ€sta steg Ă€r att utöka försöken till flera olika material och undersöka hur molekylerna och ljuset interagerar med varandra i dem. PĂ„ sĂ„ sĂ€tt hoppas vi att effektiviteten kan öka, sĂ€ger Li Wan, postdoktor vid IFM.
Rui Zhang, ocksÄ han postdoktor vid IFM tillÀgger:
â Ăven förmĂ„gan att styra hur molekylerna packas kan vara viktigt att förstĂ„.
Studien finansierades av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, via den svenska strategiska satsningen pÄ nya funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet och Stiftelsen för strategisk forskning.
Artikeln: ; Li Wan, Rui Zhang, Eunkyung Cho, Hongxiang Li, Veaceslav Coropceanu, Jean-Luc Brédas & Feng Gao; Nature Photonics 17 (2023), publicerad online 08 June. DOI: 10.1038/s41566-023-01230-z
