Nyligen, enligt ett pressmeddelande från Heriot-Watt University i Edinburgh, Storbritannien, har ett team från universitetet upptäckt att solljus kan användas för att driva laser. Solljus som är en av de mest förekommande förnybara energikällorna på jorden, som kan användas för laserdrivning, kommer att bli framtiden för industriutvecklingen av en viktig vändpunkt.
Det fotosyntetiska antennkomplexet skördar energi från solljus, omvandlar den till elektroniska excitationer och konvergerar dem effektivt till en H-dimer placerad i mitten. Här absorberas excitationen till ett ljust högenergitillstånd och slappnar sedan snabbt av till ett mörkt lågenergitillstånd. Denna mekanism förhindrar återemission och tillåter populationsinversion mellan |L⟩- och |G⟩-tillstånden, vilket möjliggör generering av lasrar
Konventionella lasrar drivs av el från batterier eller elnätet. Även om förnybar el används kräver detta ytterligare infrastruktur och det sker alltid en energiförlust i processen. Att använda solljus för att driva lasrar för att starta kemiska processer istället för fossila bränslen har ett stort utrymme för framtiden, säger forskargruppen.
Dr. Erik Gauger från Heriot-Watt Institute for Photonics and Quantum Science, som tidigare beskrev hur solljusdrivna lasrar fungerar i en studie publicerad i New Journal of Physics, talade om hur solljus är rikligt men svårt att samla in, lagra och använda eftersom det är tunt och varierande. Naturen har hittat ett sätt att åstadkomma detta genom fotosyntes, där växter omvandlar solljus, vatten och kol till mat och energi.
Teamet har designat en bionisk ritning för ett nytt lasersystem som uppgraderar naturligt solljus till en koherent laserstråle. Andra forskare har börjat arbeta med soldrivna lasrar, men det som har visat sig hittills kräver fortfarande komplexa system och höga nivåer av kylning. Forskarteamet Gauger arbetade med vände sig till lila bakterier, en fotosyntetisk organism som finns i dammar och sjöar, för att ge inspiration till deras nya system.
Lila bakterier har ringliknande tentakler med ett reaktionscentrum i mitten som omvandlar solljus till kemisk energi. om ett sätt kunde hittas för att ta bort reaktionscentrumet och ersätta det med en enklare struktur, säger Gauge, skulle ett gäng modifierade fotosyntetiska strukturer kunna användas för att omvandla solljus till laserstrålar under omgivande förhållanden.
Specifikt skulle denna design varken kräva en extern strömkälla eller en stor, komplex surroundlins. Det skulle vara lätt och bärbart med helt naturliga och organiska komponenter. Det skulle utgöra den ultimata källan till grön energi. Nu när teamet har alla dessa komponenter tillgängliga behöver de bara hitta det bästa sättet att leka med det molekylära "Lego" och sätta ihop strukturen.
Slutresultatet kan bli en lågenergisollaser som fortfarande kan användas för en rad applikationer, sa Gauger. Sollasrar kan användas för att generera grön energi eller för att realisera kemiska processer. Detta skulle kunna ta itu med koldioxidavtrycket från processer som produktion av gödningsmedel. Det är väldigt spännande att vi kan utnyttja solenergiresurser för att uppnå en minskning av koldioxidutsläppen.
