TU/e verlengt grens energieoverdracht in Eindhoven

Wetenschappers van de TU Eindhoven hebben ontdekt dat energie stralingsloos over grotere afstanden kan worden overgedragen dan eerder werd gedacht. Dankzij trillingen in microscopische goudstaafjes springt energie nu enkele millimeters, een reuzensprong in de wereld van moleculen.

Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven hebben een doorbraak bereikt in het transport van energie tussen moleculen. Waar dit normaal gesproken beperkt bleef tot enkele nanometers, is nu een afstand van enkele millimeters haalbaar gemaakt. Deze ontdekking opent de deur naar nieuwe toepassingen in onder meer quantumcommunicatie, zonne-energie en medische sensoren.

De techniek is gebaseerd op een natuurkundig fenomeen genaamd 'bound states in the continuum' (BICs). Dit zijn elektromagnetische golven die volledig aan een oppervlak gebonden blijven en geen energie naar buiten uitstralen. Door een oppervlak te bouwen van microscopische goudstaafjes, kon energie efficiënt en zonder verlies worden getransporteerd naar een detectiepen twee millimeter verderop.

Fotosynthese als inspiratie
De onderzoekers maakten gebruik van een proces dat vergelijkbaar is met Förster-resonantie-energieoverdracht (FRET). Bij FRET wordt energie rechtstreeks van het ene naar het andere molecuul overgedragen zonder dat er warmte of licht verloren gaat. Dit natuurlijke proces, dat onder meer in fotosynthese voorkomt, vormde de basis voor het onderzoek.

De overdracht via de goudstaafjes is niet alleen efficiënt, maar ook sterk richtingsgevoelig. Energie reist moeiteloos in één richting, terwijl het in de loodrechte richting vrijwel direct verdwijnt. Dit biedt mogelijkheden om energie gericht te sturen, vergelijkbaar met hoe een stroomcircuit elektriciteit in één richting leidt.

Veelbelovende toepassingen
Het experiment vond plaats op een vlak oppervlak bij kamertemperatuur, zonder gebruik van glasvezels of koeling. Deze aanpak kan leiden tot uiterst gevoelige sensoren voor moleculaire detectie. Op de lange termijn kunnen zelfs groepen moleculen gekoppeld worden tot 'supermoleculen', die coherente chemische reacties mogelijk maken. Hiermee ontstaat een nieuw speelveld voor chemie en technologie.

De resultaten, gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Science Advances, maken een stap vooruit in de ontwikkeling van innovatieve toepassingen in verschillende sectoren. Het onderzoek bewijst dat energie efficiënt en gecontroleerd over grotere afstanden kan worden verplaatst, wat revolutionaire mogelijkheden biedt voor de toekomst.