Energy Transfer Dynamics in Biomaterial Systems

نقش انسجام کوانتومی در ارتقای کارایی مراحل اولیه فتوسنتز یک سوال باز و جذاب است. Lee, Cheng, and Fleming, Science 316, 1462 (2007) درک و طراحی بیومواد کاربردی یکی از چالش‌های بزرگ امروزی است که باعث تبادل شدید بین زیست‌شناسی، علوم مواد، الکترونیک و رشته‌های مختلف دیگر شده است. بسیاری از پیشرفت‌های جدید در فتوولتائیک‌های آلی، الکترونیک مولکولی و تحقیقات بیومیمتیک در حال انجام است. g. سیستم‌های جمع‌آوری نور هنری با الهام از فتوسنتز، همراه با انبوهی از مفاهیم دیگر و کاربردهای دستگاه. در واقع، ممکن است به دانشمندان مواد توصیه شود که از شروع 3.8 میلیارد ساله Nature در طراحی مواد جدید برای برداشت نور و کاربردهای الکترواپتیکی بهره ببرند. از آنجایی که بسیاری از این پیشرفت‌ها به حوزه مولکولی می‌رسند، درک مواد عملکردی نانوساختار به همان اندازه نیاز به جنبه‌های اساسی فیزیک مولکولی، شیمی و زیست‌شناسی دارد. انرژی اولیه و فرآیندهای انتقال بار شباهت زیادی به پدیده‌های مولکولی دارند که با جزئیات بی‌سابقه‌ای توسط طیف‌سنجی‌های نوری فوق سریع آشکار شده‌اند. در واقع، این طیف‌سنجی‌ها که در ابتدا برای مطالعه گونه‌های مولکولی کوچک توسعه یافته و به کار گرفته شدند، قبلاً به ابزاری ارزشمند برای نظارت بر دینامیک فوق سریع در سیستم‌های بیولوژیکی و مواد پیچیده تبدیل شده‌اند. پدیده‌های سطح مولکولی مورد بحث اغلب دارای خصوصیات مکانیکی کوانتومی ذاتی هستند و شامل تونل‌زنی، آثار اوپنهایمر غیرمتولد و انسجام فاز مکانیکی کوانتومی هستند.

The role of quantum coherence in promoting the e ciency of the initial stages of photosynthesis is an open and intriguing question. Lee, Cheng, and Fleming, Science 316, 1462 (2007) The understanding and design of functional biomaterials is one of today’s grand challenge areas that has sparked an intense exchange between biology, materials sciences, electronics, and various other disciplines. Many new - velopments are underway in organic photovoltaics, molecular electronics, and biomimetic research involving, e. g. , arti cal light-harvesting systems inspired by photosynthesis, along with a host of other concepts and device applications. In fact, materials scientists may well be advised to take advantage of Nature’s 3. 8 billion year head-start in designing new materials for light-harvesting and electro-optical applications. Since many of these developments reach into the molecular domain, the - derstanding of nano-structured functional materials equally necessitates f- damental aspects of molecular physics, chemistry, and biology. The elementary energy and charge transfer processes bear much similarity to the molecular phenomena that have been revealed in unprecedented detail by ultrafast op- cal spectroscopies. Indeed, these spectroscopies, which were initially developed and applied for the study of small molecular species, have already evolved into an invaluable tool to monitor ultrafast dynamics in complex biological and materials systems. The molecular-level phenomena in question are often of intrinsically quantum mechanical character, and involve tunneling, non-Born- Oppenheimer e ects, and quantum-mechanical phase coherence.