“偶極子之間能量轉(zhuǎn)移取決于它們的取向，”郎哈爾斯說： “當(dāng)偶極子經(jīng)正交處理后，能量轉(zhuǎn)移就不應(yīng)該發(fā)生。我們已經(jīng)用實(shí)驗(yàn)測試了這個(gè)假設(shè)，同時(shí)讓人驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)，能量轉(zhuǎn)移快速、極其有效地進(jìn)行，就是在這些條件下。”路德維克·馬克西米連大學(xué)的研究小組攜手國際合作伙伴，現(xiàn)在想建立堅(jiān)固的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，以構(gòu)建能量轉(zhuǎn)移的新理論。這很有可能影響光學(xué)電腦的發(fā)展，也有助于提高太陽能電池的效率。

葉綠素和其它色素分子常常涉及到特化蛋白質(zhì)，能夠形成的復(fù)合物，可以充當(dāng)有效的天線，收集光并傳遞給光合反應(yīng)中心或太陽能電池導(dǎo)電層。能量的采集和短暫儲(chǔ)存，都是在特定原子團(tuán)（groups of atoms）之間的化合鍵中，這些原子團(tuán)都在色素中，因此被稱為發(fā)色團(tuán)（chromophores）。不同的發(fā)色團(tuán)吸收的光具有不同的波長，所以一個(gè)化合物含有各種類型發(fā)色團(tuán)，吸收的陽光就可以覆蓋大部分的光譜。事實(shí)上，郎哈爾斯領(lǐng)導(dǎo)的研究人員的最初目標(biāo)，就是要合成這樣的寬頻采光器。

第一步，要設(shè)計(jì)這樣一個(gè)化合物，需要用福斯特理論計(jì)算染料之間能量轉(zhuǎn)移的效率。該理論認(rèn)為，分子間能量傳遞的發(fā)生原因在于振子，振子這種化合物攜帶著在空間上分開的相反的電荷，會(huì)導(dǎo)致鄰近偶極子接著震蕩。偶極子取向在這一過程中起關(guān)鍵作用。正交定向后的偶極子被認(rèn)為無法傳遞能量。如果分子被平行定向，能量傳遞就可進(jìn)行。令每個(gè)人大感意外的是，測量結(jié)果表明，能量傳遞可以在直角排列的發(fā)色團(tuán)之間進(jìn)行，而且?guī)缀跏?00%的效率。郎哈爾斯強(qiáng)調(diào)：“這個(gè)過程超級(jí)有效。這體現(xiàn)于極短的反應(yīng)時(shí)間——94億分之一秒。

這些發(fā)現(xiàn)排除了這樣一種想法，就是認(rèn)為能量轉(zhuǎn)移的產(chǎn)生是依靠一種基于偶極子的機(jī)制。相反，我們的結(jié)果意味著，低頻耦合模式是源自分子內(nèi)的振動(dòng)。一個(gè)大規(guī)模的合作現(xiàn)在正在規(guī)劃中，就是要奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，建立新的理論，闡明染劑分子之（dye molecules）間的能量轉(zhuǎn)移。新實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的一個(gè)結(jié)果是，所謂的“分子標(biāo)尺”（ molecular ruler）方法可能需要進(jìn)行校準(zhǔn)。它也是基于福斯特理論的一個(gè)假設(shè)，認(rèn)為能量轉(zhuǎn)移速度取決于發(fā)色團(tuán)之間的距離。這種關(guān)系用于表征生化結(jié)合反應(yīng)。

發(fā)色團(tuán)附著于蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)被懷疑彼此鍵合，比如抗體與抗原彼此鍵合，這種相互作用的監(jiān)測，需要估計(jì)它們之間的距離，就從能量轉(zhuǎn)移的速度來估計(jì)。新的發(fā)現(xiàn)最終將會(huì)導(dǎo)致的一種全新的理論方法，以解釋整個(gè)現(xiàn)象，這可能極大地影響光電子領(lǐng)域。光學(xué)電腦處理信息的形式是光脈沖，而不是電脈沖。

“這就是為什么能量轉(zhuǎn)移在分子光學(xué)電腦中起核心作用，”郎哈爾斯說：“在這里，染劑分子充當(dāng)基本元素，就像傳統(tǒng)電腦中的晶體管。”光學(xué)計(jì)算機(jī)是深入研究的主題，因?yàn)樗鼈冇锌赡軒順O高的處理能力，只需要非常小的體積。取代福斯特理論也有助于制成高效的染劑太陽能電池。