據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，美國(guó)研究人員日前開發(fā)出一種探測(cè)植物光合作用過程的新方法。該技術(shù)有助于加深人們對(duì)光合作用這一利用太陽能最有效的方式的理解，改進(jìn)現(xiàn)有太陽能電池的設(shè)計(jì)，提高其轉(zhuǎn)換效率。相關(guān)論文發(fā)表在美國(guó)物理學(xué)學(xué)會(huì)期刊《化學(xué)物理學(xué)》上。
植物和其他光合生物之所以能夠吸收太陽能并將其轉(zhuǎn)化為能量，都是由于它們擁有的一種獨(dú)特的天線蛋白。這種蛋白由多種吸光色素組成，能夠捕獲太陽能并通過一系列的化學(xué)反應(yīng)將其儲(chǔ)存起來。由于反應(yīng)發(fā)生在一個(gè)極小的尺度上，天線蛋白之間會(huì)出現(xiàn)量子現(xiàn)象。當(dāng)色素分子吸收光線時(shí)就會(huì)被激活成高能態(tài)，如果一個(gè)蛋白上的多種色素分子同時(shí)被激發(fā)就會(huì)出現(xiàn)量子疊加狀態(tài)，這種量子效應(yīng)會(huì)使光合作用中產(chǎn)生的能量找到“最優(yōu)路徑”，以近乎無損的方式進(jìn)行傳遞，這也是光合作用在轉(zhuǎn)換效率上如此高效的“秘密”所在。
負(fù)責(zé)該項(xiàng)研究的美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的格雷厄姆·弗萊明和他的同事選用了一種天線蛋白作為研究對(duì)象。通過分析透過蛋白質(zhì)的激光的變化，就能判斷出其中是否出現(xiàn)了量子疊加狀態(tài)。
研究人員首先用兩種不同頻率的激光對(duì)其進(jìn)行激活，而后再用第三種激光脈沖照射蛋白質(zhì)，使其釋放能量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)他們所接收到的激光的頻率與起初發(fā)射出的并不相同，這意味著在蛋白質(zhì)中成功實(shí)現(xiàn)了量子相干。
弗萊明說，以激光促使天線蛋白發(fā)生量子疊加的方法雖然此前也有科學(xué)家提出，但新方法不需要精確的時(shí)控脈沖，只需改變激光的頻率即可，相對(duì)而言更為簡(jiǎn)單有效。
美國(guó)加州大學(xué)歐文分校的化學(xué)家沙烏爾·莫肯姆說，這一實(shí)驗(yàn)很有趣，開創(chuàng)了一種激活天線蛋白的全新方式。對(duì)光合作用中能級(jí)和色素耦合的深入理解，將有助于構(gòu)建出擁有類似功能的系統(tǒng)。
美國(guó)羅格斯大學(xué)化學(xué)家、《化學(xué)物理學(xué)》編輯埃德·卡斯納說：“粗略計(jì)算表明，太陽一小時(shí)內(nèi)照射到地球表面的能量就能滿足人類一年的能源需求。解決目前人類所面臨的能源、可持續(xù)發(fā)展等問題，離不開對(duì)光合作用機(jī)制的深入理解。該研究有助于科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)出更高效的太陽能電池，或許有一天我們就能通過光合作用的方式來輕松獲取能源。”
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