رمز استفاده بی‌نقص از انرژی خورشید در گیاهان کشف شد

تبدیل کارآمد انرژی خورشیدی به فرم‌های ذخیره‌شونده انرژی شیمیایی، آرزوی بسیاری از مهندسان است. طبیعت میلیارد‌ها سال پیش راه‌حل کاملی برای این مشکل پیدا کرد. مطالعه‌ای جدید که در نشریه Chemical Science منتشر شده، نشان می‌دهد که مکانیک کوانتومی نه تنها برای فیزیک‌دان‌ها، بلکه نقش مهمی در زیست‌شناسی نیز ایفا می‌کند.

به گزارش فیزیکس اوآرجی، ارگانیسم‌های فتوسنتزکننده مانند گیاهان سبز از فرآیند‌های مکانیک کوانتومی برای بهره‌برداری از انرژی خورشید استفاده می‌کنند، همان‌طور که یورگن هاور توضیح می‌دهد: "هنگامی که نور در یک برگ جذب می‌شود، انرژی برانگیختگی الکترونیکی بر چندین حالت مختلف از هر مولکول کلروفیل برانگیخته توزیع می‌شود؛ این فرآیند به نام ابرپوشش حالت‌های برانگیخته شناخته می‌شود. "

وی اضافه می‌کند: "این مرحله اول انتقال انرژی تقریباً بدون اتلاف در داخل و بین مولکول‌ها است و انتقال کارآمد انرژی خورشیدی را ممکن می‌سازد. بنابراین، مکانیک کوانتومی در درک مراحل اولیه انتقال انرژی و جداسازی بار‌ها نقشی اساسی دارد. "

این فرآیند که به‌طور مداوم در گیاهان سبز و سایر ارگانیسم‌های فتوسنتزکننده مانند باکتری‌های فتوسنتزکننده رخ می‌دهد، نمی‌تواند به‌طور کامل تنها با فیزیک کلاسیک توضیح داده شود. با این حال، مکانیزم‌های دقیق آن هنوز به‌طور کامل روشن نشده‌اند.

هاور و ارکا کیل، نویسنده اول این مطالعه، این تحقیق را به‌عنوان یک پایه جدید و مهم در تلاش برای روشن شدن نحوه عملکرد کلروفیل، رنگدانه موجود در برگ سبز، می‌بینند. به‌کارگیری این یافته‌ها در طراحی واحد‌های فتوسنتز مصنوعی می‌تواند به بهره‌برداری از انرژی خورشیدی با کارآیی بی‌سابقه برای تولید برق یا فوتوشیمیایی کمک کند.

برای این مطالعه، پژوهشگران دو بخش خاص از طیف که در آن کلروفیل نور را جذب می‌کند، مورد بررسی قرار دادند: منطقه انرژی پایین Q (در محدوده طیفی زرد تا قرمز) و منطقه انرژی بالا B (در محدوده طیفی آبی تا سبز). منطقه Q شامل دو حالت الکترونیکی مختلف است که به‌طور کوانتومی به یکدیگر متصل هستند.

این اتصال منجر به انتقال انرژی بدون اتلاف در مولکول می‌شود. سپس سیستم از طریق "خنک‌سازی"، یعنی با آزاد کردن انرژی به‌صورت حرارت، آرام می‌شود.

این مطالعه نشان می‌دهد که اثرات مکانیک کوانتومی می‌توانند تأثیر تعیین‌کننده‌ای بر فرآیند‌های زیستی مرتبط داشته باشند.

انتهای پیام/