Первые Замечание и Характеризация Критического Физического Явления За Фотосинтезом

Published on May 10, 2010 at 8:25 PM

Будущее чистой зеленой солнечной силы может хорошо прикрепить на петлях на научных работниках unravel тайны фотосинтеза, процесса которым зеленые заводы преобразовывают солнечний свет в электрохимическую энергию.

К этому концу, исследователя с Министерством Энергетики США (DOE) Лаборатория Лоренса Беркли Национальная (Лаборатория Беркли) и Университет Штата Калифорнии (UC), Беркли записывали первые замечание и характеризацию критического физического явления за фотосинтезом известным как спутывание суммы.

Mohan (усаженное) Sarovar и (от левой стороны) Akihito Ishizaki, Birgitta Whaley и Graham Fleming унесли первые замечание и характеризацию спутывания суммы в реальной биологической системе. (Фото Roy Kaltschmidt, Общественными Делами Лаборатории Беркли)

Предыдущие эксперименты водить Graham Fleming, физическим химиком держа совместные назначения при Лаборатория и UC Berkeley Беркли, указанные к влияниям суммы механически по мере того как ключ к способности зеленых заводов, через фотосинтез, почти мгновенно перенести солнечную энергию от молекул в свете комплексы к молекулам в электрохимической реакции центризует. Теперь новая сотрудническая команда которая включает Fleming определяла спутывание как естественная характеристика этих влияний суммы. Когда 2 сумм-определили размер частицы, например спутана пара электронов, «,» любое изменение до одно немедленно будет отражена в другом, независимо от того, как далеко врозь они могли быть. Хотя физически отделено, 2 частицы действуют как одиночная реальность.

«Это первое изучение для того чтобы показать что спутывание, возможно самое своеобразнейшее свойство систем суммы механически, присутствовал через весь свет комплекс,» говорит Mohan Sarovar, столб-докторский исследователя под профессором Birgitta Whaley химии UC Berkeley на Центре Беркли для Данных По и Вычисления Кванта. «Пока прежние исследования спутывания в системах игрушки которые были мотивированный биологией, это первый пример в котором спутывание было расмотрено и было квантифицировано в реальной биологической системе.»

Результаты этого изучения держат прикосновенности не только для развития искусственних систем фотосинтеза как источник способный к возрождению non-polluting электрической энергии, но также для будущего развития сумм-основанных технологий в зонах как вычислять - компьютер суммы смог выполнить некоторые тысячи деятельностей времен более быстро чем любой обычный компьютер.

«Уроки мы учим о аспектах суммы света в естественных системах могут быть прикладной к конструкции искусственних фотосинтетических систем которые даже лучше,» Sarovar говорят. «Органические структуры в свете комплексы и их синтетические mimics смогли также служить как полезные компоненты компьютеров суммы или другое сумм-увеличило приборы, как проводы для перехода информации.»

Что может доказать быть откровением этого изучения значительно то противоположное к популярной научной придумке что спутывание утлое и экзотическое свойство, трудное для того чтобы проектировать и поддержать, исследователя Беркли демонстрировали что спутывание может существовать и упорствовать в хаотической химической сложности биологической системы.

«Мы представляем убедительное доказательство для спутывания суммы в шумных системах неравновесности в условиях высоких температур путем определять timescales и температуры для которых спутывание observable в структуре протеина которая центральна к фотосинтезу в одних бактериях,» Sarovar говорит.

Sarovar соавтор с Fleming и Whaley бумаги описывая это исследование которое появляется на-линия в спутывании Кванта Природы журнала озаглавленном Физикой «в фотосинтетических свет-комплексах.» Также co-authoring эта бумага был Akihito Ishizaki в исследовательской группе Fleming.

Зеленые заводы и одни бактерии могл возвратить энергию сжатую от солнечного света через сеть света комплексы пигмент-протеина и в центры реакции с почти 100 процентами эффективности. Скорость ключ - переход солнечной энергии осуществляет настолько быстро что меньшяя энергия расточительствована как жара. В 2007, Fleming и его исследовательская группа сообщили первое прямое доказательство что эта существенно мгновенная перекачка энергии была сделана возможным замечательн длинн-ым, wavelike электронным сцеплением суммы.

Используя электронные измерения спектроскопии сделанные на масштабе времени фемтосекунды (millionths billionth из секунды), Fleming и его группа открыли существование «сигналов суммы», когерентных электронных колебаний и в молекулах дарителя и акцептора. Эти колебания произведены энергией возбуждения от захваченных солнечных фотонов, как сформированные волны когда камни взметнуты в пруд. Wavelike качество колебаний позволяет они одновременно попробовать все потенциальные тропа перекачки энергии в фотосинтетической системе и выбрать самую эффективную. Последующие изучения Fleming и его группой определили близко упакованный комплекс пигмент-протеина в светлой части фотосинтетической системы как источник когерентных колебаний.

«Наши результаты предложили что сопоставленные окружающие среды протеина окружая молекулы пигмента (как хлорофилл) сохраняют сцепление суммы в фотосинтетических комплексах, позволяющ энергии возбуждения двинуть когерентно в космос, который в свою очередь включает сильно эффективную энергию и поглощая в фотосинтезе,» Fleming говорят.

В этом новом изучении, надежная модель света динамику начатую Ishizaki и Fleming была совмещена с исследованием данным по суммы Whaley и Sarovar для того чтобы показать что спутывание суммы вытекает по мере того как сцепление суммы в системах фотосинтеза эволюционирует. Фокус их изучения был протеином (FMO) Fenna-Matthews-Olson фотосинтетическим свет-, молекулярным комплексом найденным в зеленых бактериях серы который учтен модельной системой для изучать фотосинтетическую перекачку энергии потому что она состоит из только 7 молекул пигмента химия которых хорошо была охарактеризована.

«Мы нашли численное доказательство для существования спутывания в комплексе FMO который упорствовал над timescales пикосекунды, существенно до тех пор пока энергия возбуждения не будет поглощена центром реакции,» Sarovar говорим.

«Это замечательно в биологической или disordered системе на физиологопсихологических температурах, и иллюстрирует что спутывание неравновесности multipartite может существовать на относительно долгие времена, даже в сильно decoherent окружающих средах.»

Научно-исследовательская группа также нашла что спутывание упорствовало через расстояния около 30 ангстромов (один ангстром диаметр атома водопода), но этот длин-маштаб был осмотрен как продукт относительно малого размера комплекса FMO, вернее чем ограничение само влияния.

«Мы надеемся что длинн-прожито, спутывание неравновесности также будет в более большом свете комплексы антенны, как LH1 и LH2, и что в таком более большом свете комплексы может также быть возможно создать и поддержать множественные возбуждения для того чтобы достигнуть более богатого разнообразия спутанных положений,» говорит Sarovar.

Научно-исследовательская группа была удивлена увидеть что значительно спутывание упорствовало между молекулами в свете комплекс которые сильно не были соединены (соединено) через их электронные и вибрационные положения. Их также удивили увидеть как меньшяя температура удара имела на степени спутывания.

«В поле данных по суммы, температуры обычно учитывает очень deleterious к свойствам суммы как спутывание,» Sarovar говорит. «Но в системах как свет комплексы, мы видим что спутывание может быть относительно иммуно к влияниям увеличенной температуры.»

Это исследование было поддержано в части Министерством Энергетики США Офис Науки, и в части даром от Обороны Перспективные Исследования Проектируют Агенство (DARPA).

Last Update: 12. January 2012 22:58

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit