KULLE ƘWAYOYIN HALITTA TSAKANIN MADUBAI BAI CANZA KOMAI BA A NAN

Ƙwayoyin hasken rana na yau da kullum suna ɓata wani ɓangare na kuzarin kowane photon a matsayin zafi. Wata hanya da aka gabatar don kauce wa wannan iyaka ita ce rabuwar singlet (singlet fission): a wasu kayayyakin sinadarin halitta, wani tashin kuzari (excitation) da haske ya samar (wanda ake kira “singlet”) yana rabuwa zuwa tashin kuzari biyu masu ƙarancin kuzari (“triplets”). Idan za a iya girbe su duka biyu, photon ɗaya zai ba da caji biyu maimakon ɗaya.

Matsalar, a cewar takardar, ita ce rabuwar tana da matuƙar damuwa da tsari da yadda ƙwayoyin sinadarai suka jeru, wanda yake buƙatar aikin sinadaranci mai yawa kafin a inganta shi.

Haɗa haske da abu

Wata gajeriyar hanya mai jan hankali ita ce a canza ba ƙwayoyin sinadaran ba, sai dai muhallin haskensu. Ka sanya wani siririn yadi tsakanin madubai biyu da ke kusa da juna sosai, sai hasken da aka kulle a ciki ya iya haɗuwa da ƙwayoyin sinadaran da ƙarfi har su samar da yanayi masu haɗakar haske da abu, waɗanda ake kira polaritons. A ka’ida, waɗannan za su iya hanzarta, rage gudu ko karkatar da hanyoyi kamar rabuwar ba tare da taɓa sinadarancin ba.

Gwaje-gwaje sun ba da sakamako masu karo da juna. Ga wani ƙwayar sinadari ɗaya, TIPS-pentacene, ba a sami wani canji ba. Ga rubrene, wani bincike na 2019 da ya yi amfani da madubai na azurfa ya ruwaito cewa an danne rabuwar. Marubutan sabuwar takardar sun nuna wata matsala: canje-canjen da aka ruwaito sun ɗauki picoseconds, alhali haske yana rayuwa kusan kashi ɗaya cikin goma na picosecond kawai tsakanin madubai na azurfa masu zubar da haske. Kuma madubai da kansu suna aiki kamar matace a kan hasken da ake amfani da shi wajen bincike, suna haifar da kurakuran awo (artefacts) da za su iya kama da canje-canje a cikin ƙwayoyin sinadaran.

Aunawa a inda madubai ba sa gani

Jenny Clark (Jami’ar Sheffield) da abokan aikinta daga Sheffield, Oxford, Warwick da Bath sun gina ramuka da madubai na dielectric, wato tarin yaduka na silica da titanium dioxide waɗanda ke mayar da hasken da ake gani da ƙarfi amma suna barin hasken infrared na kusa ya wuce. Daga nan suka bi rabuwar a cikin infrared na kusa, kusan nanomita 1,200, a wajen zangon da madubai ke mayarwa, inda rami ba zai iya karkatar da siginar ba. A kan yadi maras rufi, sun tabbatar cewa wannan siginar infrared tana bin rabuwar daidai kamar yadda ta hasken da ake gani take yi.

Sun kwatanta:

• rami maras inganci sosai, inda haske ke rayuwa kusan femtoseconds 25;
• rami mai inganci sosai, inda yake rayuwa kusan femtoseconds 330;
• ramuka da aka daidaita zuwa kuzari daban-daban, daga +20 zuwa −110 millielectronvolts, waɗanda suka ƙunshi yanayin rahoton da ya gabata;
• yadi maras rufi da “rami a buɗe” mai madubin ƙasa kawai.

A cikin dukkan ramukan, haske da ƙwayoyin sinadarai sun kasance cikakke a yanayin haɗaka mai ƙarfi (strong coupling), tare da rarrabuwa ta kusan millielectronvolts 100.

Rabuwa iri ɗaya, a ko’ina

A kowane hali, rabuwar ta gudana kusan ba tare da canji ba. Samfuri ɗaya da saurin abubuwa iri ɗaya ya bayyana rami a buɗe da kuma ramuka biyu masu haɗaka mai ƙarfi: matakin farko na rabuwar ya faru da saurin 130 a kowace nanosecond a cikin ukun. Canza daidaitawar ma bai kawo wani bambanci ba.

Ƙungiyar ta ga ƙananan canje-canje a cikin bakan haske (spectra), amma cikakkun kwaikwayon haske (optical simulations) sun sake samar da su a matsayin tasirin cuɗanyar haske (interference) a cikin madubai, ba a matsayin canjin halayen haske da abu ba. Wata hanya ta uku mai zaman kanta, time-resolved electron paramagnetic resonance, tana binciken juyawar (spins) triplets ta hanyar maganaɗisu maimakon haske, kuma ta nuna siginar triplet iri ɗaya da rami da kuma babu rami.

Wani ɗan bayani yana nuna yadda yake da sauƙi a ruɗe. Rabuwar ta fi sauri da kusan kashi 20% a cikin ramukan fiye da a kan yadi maras rufi, amma tana da sauri daidai a cikin rami a buɗe, wanda ba shi da madubin sama kuma babu haɗaka mai ƙarfi. Marubutan sun danganta hakan da taɓuwa da yadin titanium dioxide na madubin ƙasa.

Abin da hakan ke nufi ga sinadarancin rami

Sakamakon “ya jefa babban shakku” a kan rahoton da ya gabata na rabuwar da polaritons suka canza a cikin rubrene, in ji marubutan, kuma ya yi daidai da binciken TIPS-pentacene: babban tarin yanayin ƙwayoyin sinadarai da ba su haɗu ba ne ke mamaye abubuwan da ke faruwa. Suna ganin cewa canje-canjen da suka gabata wataƙila sun fito ne daga kurakuran awon haske, tasirin saman abu ko kuma hanyoyi na mataki na biyu inda tashin kuzari ke lalata juna, kuma duk wani iƙirari na gaba na sinadaranci da rami ke sarrafawa ya kamata ya fara kawar da waɗannan. Bincike a wajen zangon da madubai ke mayarwa, a cewarsu, hanya ce mai sauƙi ta yin hakan.