通过激发渡态光学接入暗态

太阳能收集系统的效率在很大程度上取决于其在复合前将激发从天线转移到能量捕获中心的能力。通过天线结构中亚单元间的相干耦合实现的暗态保护，可以显著减少辐射复合并提高能量捕获效率。由于暗态无法通过从基态的光学跃迁来布居，通常通过来自亮态的声子弛豫来接入。在本研究中，我们探索了一种通过光学跃迁连接暗态与亮态的新方法。在受自然光合天线启发的类环发色团系统中，单激发亮态可以通过某些双激发态与最低能量的单激发暗态发生光学连接。我们将此类双激发态称为渡态，并表明它们是两类双激发态之间偶然简并的结果。然后我们在数学上证明，仅当环上亚单元的数量 N 满足 N=4l+2（l 为整数）时，渡态才可用。数值计算证实了渡态增强了我们模型的能量转移能力，表明在 N=6 时，即使没有声子弛豫，与较小的 N 值相比也出现了显著的能量转移能力峰值。针对渡态提出的数学理论并不局限于这一特定系统或数值模型。事实上，它潜在适用于任何采用环形发色团排列的相干光学系统。超越理想情况，渡态机制在弱声子耗散、弱位点能量无序和强耦合强度无序下也表现出鲁棒性。