把分子困在镜子之间，在这里什么也没改变

普通太阳能电池会把每个光子的一部分能量以热的形式浪费掉。一种被提出的绕过这一极限的方法是单线态裂变：在某些有机材料中，光产生的一个激发态（“单线态”）分裂成两个能量较低的激发态（“三线态”）。如果两者都能被利用，一个光子就能产生两个电荷，而不是一个。

论文指出，难点在于裂变对分子的结构和堆积方式非常敏感，而优化这些需要大量的化学工作。

混合光与物质

一条诱人的捷径是不改变分子，而是改变它们的光环境。把一层薄膜放在两面间距很近的镜子之间，困在其中的光就能与分子强烈耦合，形成光与物质的杂化态，称为极化激元（polariton）。理论上，它们可以在不改动化学结构的情况下加速、减缓或改变裂变等过程的走向。

实验结果一直相互矛盾。对于一种分子TIPS-并五苯，没有发现任何变化。对于红荧烯，2019年一项使用银镜的研究报告称裂变受到了抑制。新论文的作者指出了一个问题：报告的变化持续皮秒量级，而光在有损耗的银镜之间只能存活约十分之一皮秒。而且镜子本身会对探测光起滤光作用，产生看起来像分子变化的伪影。

在镜子“看不见”的地方测量

谢菲尔德大学的Jenny Clark与来自谢菲尔德、牛津、华威和巴斯的同事，用介质镜搭建了腔，这种镜子由二氧化硅和二氧化钛层堆叠而成，在可见光波段强烈反射，但让近红外光通过。随后，他们在近红外、约1200纳米处跟踪裂变，这一波段在镜子的反射带之外，腔无法扭曲信号。在裸膜上，他们确认这一红外信号与可见光信号一样准确地追踪裂变。

他们比较了：

• 一个低品质腔，光在其中存活约25飞秒；
• 一个高品质腔，光在其中存活约330飞秒；
• 调谐到不同能量的腔，从**+20到−110毫电子伏**，涵盖了此前报告的条件；
• 一层裸膜，以及一个只有底部镜子的“开放腔”。

在所有腔中，光与分子都稳稳处于强耦合区，劈裂约为100毫电子伏。

处处相同的裂变

在每种情况下，裂变都几乎没有变化。同一个模型、同一组速率就能描述开放腔和两个强耦合腔：裂变的第一步在三者中都以每纳秒130的速率发生。改变调谐也没有任何影响。

团队确实在光谱中看到了细微变化，但详细的光学模拟把它们再现为镜子中的干涉效应，而不是光物理过程发生了改变。第三种独立技术，即时间分辨电子顺磁共振，通过磁性而不是光来探测三线态的自旋，结果显示有腔和无腔时的三线态信号相同。

一个细节说明了被误导有多容易。腔中的裂变比裸膜中快约20%，但在开放腔中也同样快，而开放腔没有顶部镜子，也没有强耦合。作者将其归因于与底部镜子的二氧化钛层的接触。

对腔化学意味着什么

作者写道，这些结果“令人对此前关于红荧烯中极化激元改变裂变的报告产生重大怀疑”，并与TIPS-并五苯的研究相一致：庞大的未耦合分子态库主导着动力学。他们认为，此前观察到的变化很可能来自光学伪影、表面效应，或激发态相互湮灭的二阶过程，未来任何关于腔控化学的说法都应首先排除这些因素。他们认为，在镜子的反射带之外进行探测，就是一种简单的办法。