Rod-like organic molecules. Energy-transfer studies using single-photon counting

1980 ◽  
Vol 45 (20) ◽  
pp. 3933-3951 ◽  
Author(s):  
Howard E. Zimmerman ◽  
Theodore D. Goldman ◽  
Timothy K. Hirzel ◽  
Steven P. Schmidt
Keyword(s):  
Energy Transfer ◽  
Organic Molecules ◽  
Single Photon ◽  
Photon Counting ◽  
Single Photon Counting

scholarly journals Φασματοσκοπική μελέτη νέων οργανικών πολυχρωμοφορικών μορίων με χρήση υπερβραχέων παλμών laser

2018 ◽  
Author(s):  
Κωνσταντίνος Σεϊντής
Keyword(s):  
Energy Transfer ◽  
Charge Separation ◽  
Artificial Photosynthesis ◽  
Transient Absorption ◽  
Single Photon ◽  
Photon Counting ◽  
Charge Recombination ◽  
Supramolecular Systems ◽  
Single Photon Counting ◽  
Fluorescence Upconversion

Ένα μεγάλο μέρος των διαδικασιών που συμβαίνουν στη φύση βασίζονται σε αντιδράσεις επαγόμενες από το φως σε μοριακό επίπεδο. Μία τέτοια φυσική διαδικασία είναι η όραση, η οποία οφείλεται στον μηχανισμό ισομερισμού cis - trans του χρωμοφόρου retinal, ο οποίος πραγματοποιείται σε μερικά εκατοντάδες femtoseconds (10-15 seconds) από την απορρόφηση του φωτός. Μία δεύτερη, σημαντική φυσική διαδικασία για τη διαιώνιση της ζωής αποτελεί η φωτοσύνθεση στα φυτά. Η διαδικασία αυτή ξεκινά από τις βασικές δομικές μονάδες των φυτών και των βακτηρίων (RC - LHI και LH2), οι οποίες αποτελούνται από ένα μεγάλο αριθμό χρωμοφόρων μορίων που διατάσσονται διαδοχικά, σχηματίζοντας μεγάλες κυκλικές υπερδομές. Το φως απορροφάται αρχικά από μερικά χρωμοφόρα της υπερδομής (κυρίως μόρια χλωροφύλλης) και εν συνεχεία η ενέργεια που απορροφήθηκε διαμοιράζεται προς τα υπόλοιπα μέσω μηχανισμών σύμφωνης (coherent energy transfer) και ασύμφωνης (incoherent energy transfer) μεταφοράς. Η διάταξη των χρωμοφόρων της δομής αποτελεί το μονοπάτι που οδηγεί την ενέργεια στα κέντρα πραγματοποίησης των αντιδράσεων της φωτοδιάσπασης, που εκκινούν μέσω μηχανισμών διαχωρισμού των φορέων (Charge Separation - CS). Ο μηχανισμός του διαμοιρασμού της ενέργειας μεταξύ των χρωμοφόρων πραγματοποιείται και εδώ στην υπερταχέα κλίμακα των εκατοντάδων femtoseconds μέχρι τα λίγα picoseconds. Οι μηχανισμοί που διέπουν τις παραπάνω φυσικές διαδικασίες είναι αρκετά σύνθετοι και ο ακριβής τρόπος λειτουργίας τους προς το παρόν δεν έχει αποκρυπτογραφηθεί.Από τα ανωτέρω γίνεται αντιληπτό ότι προκειμένου να κατανοηθούν οι διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στα συστήματα αυτά πρέπει πρώτον, να κατασκευαστούν δομές που να προσομοιώνουν αυτές τις διεργασίες και δεύτερον, να χρησιμοποιηθούν και να αναπτυχθούν περαιτέρω τεχνικές υψηλής χρονικής ανάλυσης με διακριτική ικανότητα ίδιας ή μικρότερης τάξης με τη χρονική κλίμακα πραγματοποίησης των φαινομένων. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιήθηκε η μελέτη πρωτότυπων συστημάτων, αποτελούμενων από ένα πλήθος ομοίων ή διαφορετικών χρωμοφόρων. Τα συστήματα αυτά ονομάζονται πολυχρωμοφορικά ή υπερμοριακά (multichromophoric ή supramolecular systems) και το πεδίο έρευνας είναι γνωστό ως τεχνική φωτοσύνθεση (artificial photosynthesis). Η μελέτη περιελάμβανε τόσο μηχανισμούς μεταφοράς ενέργειας, όσο και φορέων, όπως συμβαίνει στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκαν οι τεχνικές χρονικής ανάλυσης φθορισμού Fluorescence Upconversion (FU) και Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC) και της φωτοεπαγόμενης απορρόφησης Transient Absorption (TA). Επίσης, μέσω θεωρητικών υπολογισμών επιχειρήθηκε η πρόβλεψη της χρονικής κλίμακας εμφάνισης των φαινομένων μεταφοράς ενέργειας, που προέκυψε από τις πειραματικές μετρήσεις.Η διδακτορική εργασία δομείται ως εξής: αρχικά, στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζεται η βασική θεωρία της μη γραμμικής οπτικής, που είναι απαραίτητη για να κατανοηθούν οι τεχνικές χρονικής ανάλυσης που χρησιμοποιήθηκαν. Ακολούθως, στο Κεφάλαιο 3 δίνονται όλες οι βασικές αρχές της φωτοφυσικής και οι θεωρίες της μεταφοράς ενέργειας. Τέλος, το θεωρητικό μέρος ολοκληρώνεται με το Κεφάλαιο 4, όπου περιγράφονται αναλυτικά οι τεχνικές χρονικής ανάλυσης που αναφέρθηκαν νωρίτερα.Όσον αφορά το πειραματικό μέρος και τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη μελέτη των μοριακών συστημάτων, χωρίστηκε σε τρία κεφάλαια. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται δύο μοριακά διμερή Pyrene - Bodipy, τα οποία διαφέρουν στο είδος του αποδέκτη - Bodipy, με εισαγωγή μίας μικρής δομικής αλλαγής μεταξύ των δύο. Τα δύο διμερή παρουσιάζουν υπερταχέα μεταφορά ενέργειας από τον δότη - Pyrene προς τον αποδέκτη - Bodipy στην ίδια χρονική κλίμακα (~0.5 ps). Ωστόσο, εξαιτίας της μικρής δομικής διαφοροποίησης του ενός Bodipy, το ένα διμερές εμφανίζει μηχανισμό διαχωρισμού φορέων σε πολικό διαλύτη (acetonitrile), το οποίο εξηγήθηκε θεωρητικά μέσω της εξίσωσης Weller.Στο Κεφάλαιο 6 η μελέτη συνεχίζεται με δύο πολυχρωμοφορικά συστήματα, τα οποία εμφανίζουν πιο σύνθετους μηχανισμούς από τα προηγούμενα διμερή. Τα συστήματα αυτά αποτελούνται από έναν δότη δενδομερούς και αποδέκτες Bodipys. Το πρώτο δενδρομερές (Α1) είναι μικρότερο και έχει τρεις αποδέκτες, ενώ το δεύτερο έχει έξι (Α2). Η ενέργεια για τα δύο συστήματα μεταφέρεται και εδώ στην υπερταχέα χρονική κλίμακα (0.2 - 0.3 ps) από τον πυρήνα δενδρομερούς προς τα περιφεριακά χρωμοφόρα Bodipys. Επίσης, το Α1 εμφανίζει μεταφορά φορέων σε πολικό περιβάλλον (benzonitrile), ενώ στο Α2 αυτό συμβαίνει τόσο σε πολικό, όσο και σε απολικό (toluene) περιβάλλον. Μάλιστα για το Α2 η μεταφορά φορέων (ηλεκτρονίων) συμβαίνει σε ανταγωνιστική χρονική κλίμακα με τη μεταφορά ενέργειας και στους δύο διαλύτες, εμποδίζοντας την αποδοτικότητά της. Ενδιαφέρον εύρημα αποτελεί ο μεγάλος χρόνος επανασύνδεσης των φορέων (Charge Recombination), δηλαδή ο μεγάλος χρόνος ζωής της στάθμης CS (Long - Lived Charge Separation) για το μεγαλύτερο από τα δύο συστήματα (Α2). Ο μεγάλος χρόνος για το CS είναι επιθυμητός, όπως συμβαίνει και στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, ώστε να μπορούν να εκκινήσουν συγκεκριμένες χημικές διεργασίες. Τέλος, στο Κεφάλαιο 7, που αποτελεί το επίκεντρο της παρούσας διδακτορικής διατριβής, παρουσιάζονται νέα, πρωτότυπα πολυχρωμοφορικά συστήματα, των οποίων τα χρωμοφόρα, σε αντίθεση με αυτά του Κεφαλαίου 6, δεν αλληλεπιδρούν ενδομοριακά. Τα χρωμοφόρα αυτά συγκρατούνται μεταξύ τους μέσω πλατίνας (Pt) και εμφανίζουν αναλλοίωτες οπτικές ιδιότητες, συγκρινόμενα με την ελεύθερη μορφή τους σε διάλυμα. Έτσι, ο χρόνος ζωής και η κβαντική απόδοση των υπερμοριακών συστημάτων παραμένει ίδια με των μονομερών χρωμοφόρων. Επίσης, εκτός από την διατήρηση των παραπάνω χαρακτηριστικών, τα χρωμοφόρα των συγκεκριμένων υπερδομών αυτοοργανώνονται (self - assemble) σε διάλυμα, δημιουργώντας δομές υψηλής συμμετρίας, όπως ρόμβου, τετραγώνου και εξαγώνου. Μέσω της τεχνικής φθορισμού χρονικής ανάλυσης στα fs - ps, υπό συνθήκες μαγικής γωνίας και ανισοτροπίας, διαπιστώθηκε ο χρόνος μεταφοράς της ενέργειας για κάθε υπερδομή. Γνωρίζοντας ότι οι υπερδομές αυτές δεν παρουσιάζουν ενδομοριακές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των χρωμοφόρων τους, οι πειραματικές τιμές συγκρίθηκαν με εκείνες που προέκυψαν από τη θεωρία του Förster (ασθενής αλληλεπίδραση). Σε κάποιες περιπτώσεις η ταύτιση ήταν εξαιρετική, ενώ σε άλλες δόθηκε η δυνατότητα κατανόησης δομικών διαταραχών που προκαλούν μικρές αποκλίσεις, οι οποίες είναι ανιχνεύσιμες μόνο με μετρήσεις χρονικής ανάλυσης της ανισοτροπίας φθορισμού. Οι υπερδομές που μελετήθηκαν προσομοιώνουν τις βασικές δομικές μονάδες της φωτοσύνθεσης, καταφέρνοντας να διαμοιράσουν την αρχικά απορροφούμενη ενέργεια προς όλα τα χρωμοφόρα που τις αποτελούν χωρίς απώλειες. Με αυτό τον τρόπο, λειτουργούν ως αποθήκες συλλογής φωτός, δημιουργώντας προοπτικές για ένα πλήθος εφαρμογών, όπως φωτοβολταϊκές διατάξεις, κρυστάλλους για lasers κ.α.

scholarly journals Modulation of defect-mediated energy transfer from ZnO nanoparticles for the photocatalytic degradation of bilirubin

2013 ◽  
Vol 4 ◽  
pp. 714-725 ◽  
Author(s):  
Tanujjal Bora ◽  
Karthik Kunjali Lakshman ◽  
Soumik Sarkar ◽  
Abhinandan Makhal ◽  
Samim Sardar ◽  
...  
Keyword(s):  
Energy Transfer ◽  
Photocatalytic Degradation ◽  
Zno Nanoparticles ◽  
Single Photon ◽  
Photon Counting ◽  
Resonance Energy Transfer ◽  
Resonance Energy ◽  
Radiative Energy ◽  
Defect States ◽  
Single Photon Counting

In recent years, nanotechnology has gained significant interest for applications in the medical field. In this regard, a utilization of the ZnO nanoparticles for the efficient degradation of bilirubin (BR) through photocatalysis was explored. BR is a water insoluble byproduct of the heme catabolism that can cause jaundice when its excretion is impaired. The photocatalytic degradation of BR activated by ZnO nanoparticles through a non-radiative energy transfer pathway can be influenced by the surface defect-states (mainly the oxygen vacancies) of the catalyst nanoparticles. These were modulated by applying a simple annealing in an oxygen-rich atmosphere. The mechanism of the energy transfer process between the ZnO nanoparticles and the BR molecules adsorbed at the surface was studied by using steady-state and picosecond-resolved fluorescence spectroscopy. A correlation of photocatalytic degradation and time-correlated single photon counting studies revealed that the defect-engineered ZnO nanoparticles that were obtained through post-annealing treatments led to an efficient decomposition of BR molecules that was enabled by Förster resonance energy transfer.

scholarly journals Control of the direction of energy transfer in associates of colloidal quantum dots Ag2S/TGA and dye molecules

2018 ◽  
Vol 190 ◽  
pp. 04015
Author(s):  
Oleg V. Ovchinnikov ◽  
Mikhail S. Smirnov ◽  
Irina G. Grevtseva ◽  
Tamara S. Kondratenko ◽  
Aleksey S. Perepelitsa
Keyword(s):  
Quantum Dots ◽  
Energy Transfer ◽  
Luminescence Band ◽  
Single Photon ◽  
Photon Counting ◽  
Luminescence Spectroscopy ◽  
Simultaneous Reduction ◽  
Single Photon Counting ◽  
Transmission Electron ◽  
Average Size

The possibilities for changing the direction of energy transfer in hybrid associates of colloidal Ag2S quantum dots (QDs) and thionine molecules are analyzed. The studies were performed by transmission electron microscopy, absorption and luminescence spectroscopy, PL decay study (time correlated single photon counting). An increasing of the average QDs size from 1.8 nm to 5.5 nm, and also a shift of the luminescence band from 630 nm to 950 nm, were found at using of TGA molecules and sodium sulfide as a sulfur precursor. Hybrid association of QDs (1.8 nm) with TH+ molecules leads to quenching of QDs luminescence with a simultaneous reduction of the luminescence lifetime from 13.7 to 6.5 ns. An association of QDs with a luminescence band maximum of 950 nm with TH+ molecules leads to quenching of TH+ luminescence and a reduction in its lifetime of luminescence from 0.43 to 0.3 ns. It was concluded that the reduction of lifetime of luminescence caused by the resonant nonradiative energy transfer between the components of the associates. An increasing in the average size of QDs leads to a change in the direction of energy transfer between the components of the associates.

Single Point PICA Probing with an Avalanche Photo-Diode

2001 ◽  
Author(s):  
Mike Bruce ◽  
Rama R. Goruganthu ◽  
Shawn McBride ◽  
David Bethke ◽  
J.M. Chin
Keyword(s):  
Single Photon ◽  
Single Point ◽  
Photon Counting ◽  
Ring Oscillator ◽  
Time Resolved ◽  
Single Photon Counting ◽  
Photo Diode ◽  
Avalanche Photo Diode ◽  
Photo Multiplier Tube ◽  
Channel Plate

Abstract For time resolved hot carrier emission from the backside, an alternate approach is demonstrated termed single point PICA. The single point approach records time resolved emission from an individual transistor using time-correlated-single-photon counting and an avalanche photo-diode. The avalanche photo-diode has a much higher quantum efficiency than micro-channel plate photo-multiplier tube based imaging cameras typically used in earlier approaches. The basic system is described and demonstrated from the backside on a ring oscillator circuit.

scholarly journals UVscope and its application aboard the ASTRI-Horn telescope

2021 ◽  
Author(s):  
Maria Concetta Maccarone ◽  
Giovanni La Rosa ◽  
Osvaldo Catalano ◽  
Salvo Giarrusso ◽  
Alberto Segreto ◽  
...  
Keyword(s):  
Gamma Ray ◽  
Single Photon ◽  
Photon Counting ◽  
Light Flux ◽  
Cosmic Ray ◽  
High Energy ◽  
Wide Field ◽  
High Energy Astrophysics ◽  
Single Photon Counting ◽  
Photon Counting Mode

AbstractUVscope is an instrument, based on a multi-pixel photon detector, developed to support experimental activities for high-energy astrophysics and cosmic ray research. The instrument, working in single photon counting mode, is designed to directly measure light flux in the wavelengths range 300-650 nm. The instrument can be used in a wide field of applications where the knowledge of the nocturnal environmental luminosity is required. Currently, one UVscope instrument is allocated onto the external structure of the ASTRI-Horn Cherenkov telescope devoted to the gamma-ray astronomy at very high energies. Being co-aligned with the ASTRI-Horn camera axis, UVscope can measure the diffuse emission of the night sky background simultaneously with the ASTRI-Horn camera, without any interference with the main telescope data taking procedures. UVscope is properly calibrated and it is used as an independent reference instrument for test and diagnostic of the novel ASTRI-Horn telescope.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document