Lys er et forunderligt fænomen, som forskerne stadig kan blive klogere på.
I fysikbøgerne er det ellers ret simpelt - når et atom eller et molekyle har fået tilført energi, bliver det ustabilt, og det vil afgive energien igen ved at udsende en foton, altså en lyspartikel.
Men helt så enkelt er det ikke altid, og nu har Martijn Wubs fra Danmarks Tekniske Universitet (DTU) arbejdet sammen med forskere fra universitetet Twente i Holland for at afdække, hvordan et molekyle kommer af med sin overskydende energi, hvis det sidder tæt på et andet molekyle.
Molekyler kan give energi videre
I forvejen vidste forskerne godt, at man kan påvirke den måde, atomer udsender lys, hvis man ændrer på atomets nærmeste omgivelser.
Man kan sørge for, at atomet er længere eller kortere tid om at udsende sin foton, og hvis man anbringer det i en særlig fotonisk krystal, kan man næsten forhindre det i at udsende lys.
Men indtil nu har forskerne været i tvivl om, hvorvidt omgivelserne også påvirker den hastighed, hvormed et molekyle afleverer energi til et nabomolekyle.
Martijn Wubs, der er lektor ved DTU Fotonik, forklarer:
»Hvis man anbringer to molekyler tæt sammen, og det ene gerne vil udsende lys, har det to muligheder. Enten kan det udsende lys på normal vis, eller også kan det give lyset videre til sin nabo.«
Virker i biologi og ny teknologi
»Men påvirker omgivelserne den hastighed, hvormed et molekyle giver energien videre til et andet molekyle? Det har hidtil været et åbent spørgsmål, som vi nu har besvaret.«
»Det er interessant, fordi det med at give lys videre til et nabomolekyle sker i mange forskellige biologiske systemer, for eksempel når bakterier absorberer lys og i forbindelse med planternes fotosyntese.«
»Også i solceller og i lysdioder ser man effekten. Og hvis man kan kontrollere lysafgivelsen, kan det måske udnyttes i ny teknologi.«
Et stykke dna adskilte molekylerne
For at måle effekten måtte forskerne først anbringe to molekyler - et, der udsendte energien, og et andet, der modtog den - meget tæt på hinanden under kontrollerede forhold.
Hvis man kan kontrollere lysafgivelsen, kan det måske udnyttes i ny teknologi
Martijn Wubs, DTU
De brugte et lille stykke dna til at adskille de to molekyler.
Der er smart, for dna er et meget stift molekyle, som kan fremstilles i den længde, man har brug for. Ved at anvende dna kunne forskerne sørge for, at der hele tiden var præcis 6,8 nanometer mellem de molekyler, der skulle udsende og absorbere den elektromagnetiske energi.
Nu kunne de ændre molekylernes omgivelser ved at anbringe et spejl i forskellige afstande fra molekylerne og se, om det gav en forskel på, hvor hurtigt det ene molekyle sendte sin energi videre til det andet molekyle.
Resultatet af eksperimentet var, at omgivelserne ikke har nogen indflydelse på den hastighed, hvormed energien overføres mellem molekylerne.
En måde at måle afstande
»Vi fandt også ud af, at vi kan påvirke effektiviteten af denne energioverførsel. Vi kan nemlig styre, hvor meget lys der udsendes via den anden mekanisme - altså ikke mellem molekylerne, men til omgivelserne. Og resten af energien må jo overføres mellem molekylerne.«
»Det er en vigtig erkendelse, for den kan for eksempel bruges til at finde frem til en ellers ukendt afstand mellem to molekyler,« fortæller Martijn Wubs.
Forskerne kan kontrollere den hastighed, som et molekyle afgiver fotoner til omgivelserne med.
Men de ved nu, at den hastighed, som det sender energi til nabomolekylet med, ligger fast og kun afhænger af afstanden mellem molekylerne.
»Så kan vi adskille de to forskellige måder, hvorpå molekylet udsender energi, og på den baggrund kan vi udregne afstanden mellem de to molekyler. Vi har faktisk fundet en måde at måle ekstremt små afstande på.«
Kan også føre til bedre kvantecomputere
Det kan for eksempel være nyttigt, når man vil blive klogere på biologiske systemer, der ofte er meget komplekse og kan være svære at måle på med andre metoder.
Forskningsresultatet, der offentliggøres i det videnskabelige tidsskrift Physical Review Letters (blev offentliggjort midt i november, red.), kan måske også bruges i udviklingen af computere, der bruger lys i stedet for elektroner til at udføre beregninger, herunder bedre kvantecomputere.
