Två för en ger nya möjligheter

I Uppsala fokuserar en forskningsgrupp på att förstå singlet fission, ett fenomen som kan ge dubbelt utbyte av en enda foton. Kunskapen kan förändra hur vi använder ljus i allt från kemiska reaktioner till framtidens kvantteknik.

När ljus träffar ett material tas energin i vanliga fall upp och skapar ett energirikare tillstånd i molekylen. Det ger en överskottsenergi som tas vara på för att till exempel driva kemiska reaktioner, eller omvandlas till elektrisk ström i en solcell.
Men ibland sker något annat med ljusets energi. I vissa material kan en enda foton i stället ge upphov till två energirika tillstånd, ett fenomen kallat singlet fission.
– Det är lite som ett två för en-erbjudande i matbutiken, fast på molekylnivå, säger Victor Gray, biträdande universitetslektor vid institutionen för kemi i Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet.
I forskningsprojektet Singlet fission – en plattform för transformativa teknologier söker Victor och hans forskargrupp större förståelse för fenomenet. Genom att bygga och studera nya molekyler försöker forskargruppen förstå vad som styr processen, hur strukturen påverkar utfallet och hur fenomenet kan kontrolleras.

Från kemi till kvantteknik
Med två energirika tillstånd i stället för ett kan energin fördelas och användas mer effektivt. Det kan både effektivisera befintliga processer och möjliggöra nya reaktioner som annars inte är möjliga.
– Reaktioner som annars kräver flera steg och upprepad ljusabsorption skulle kunna drivas mer direkt. I stället för att pressa systemen hårdare kan vi använda energin smartare, säger Victor.
När energin delas upp uppstår också något mer oväntat: ett kopplat tillstånd mellan de två delarna, ofta beskrivet som ett korrelerat kvanttillstånd. I detta tillstånd är de två excitationerna inte oberoende, utan deras egenskaper är sammanlänkade och påverkas gemensamt av omgivningen. Forskningen rör sig således även in i kvantteknikens område.
– Tillståndet är alltså mycket känsligt för yttre påverkan, till exempel förändringar i magnetiska eller elektriska fält och skulle kunna användas i mycket känsliga sensorer, säger Victor.
Men för att kunna använda det i praktiken måste forskarna alltså först förstå hur tillståndet uppstår och hur det kan styras. Projektet löper till 2030 och är ett avstamp för fortsatt forskning.