Un equipo internacional de investigadores ha logrado controlar el flujo de energía en una molécula utilizando el pH como herramienta clave. Esta investigación, liderada por la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), puede tener importantes aplicaciones en el desarrollo de nuevos sensores para diagnósticos médicos, así como en la mejora de la eficiencia de las células solares y en el ámbito de la computación cuántica. Los resultados han sido publicados en la revista Nature Communications.
El proceso conocido como fusión de singletes se sitúa en el centro de este estudio. En futuras generaciones de células solares, se espera que este mecanismo mejore la utilización de la luz, aumentando así su eficiencia. Actualmente, una gran proporción de la energía que incide sobre las células solares se pierde y se libera como calor, debido a la manera en que funcionan estas tecnologías. Este fenómeno se asemeja al funcionamiento de un claxon de coche: independientemente de la fuerza con la que se presione, el resultado es el mismo: un único sonido. Esto ocurre también con las células solares convencionales, donde cada fotón, sin importar su energía, excita un único electrón que se convierte en portador de carga.
Progreso en la fusión de singletes
Sin embargo, algunos fotones poseen suficiente energía para excitar a dos electrones simultáneamente. Aquí es donde entra en juego la fusión de singletes, como explica el profesor Dirk Guldi, de la FAU: “Este proceso permite que la energía de un fotón se divida, facilitando la excitación de dos electrones. Junto a un equipo de la Universidad de Alberta en Canadá, hemos logrado hacer que este proceso sea conmutativo”.
Para ello, los investigadores emplearon una molécula de la familia de los tetracenos. Este compuesto se activa mediante fotones energéticos, lo que lo lleva a un estado de excitación en singlete que se descompone rápidamente en dos estados tripletes de menor energía, similar a cómo un toque fuerte en el volante produce dos sonidos del claxon.
“Modificamos químicamente nuestra molécula para que pueda unirse a protones en un entorno ácido”, señala Guldi. “Este cambio en sus propiedades impide que la fusión de singletes ocurra”. En ausencia de esta fusión, el estado de singlete se descompone rápidamente emitiendo luz, lo que significa que el compuesto brilla en un ambiente ácido y permanece oscuro en uno alcalino. Este mecanismo podría servir para desarrollar un nuevo tipo de sensor en diagnósticos médicos, agrega el investigador.
El éxito obtenido también ofrece nuevas perspectivas sobre el funcionamiento de la fusión de singletes en tetracenos. Guldi considera que este conocimiento permitirá optimizar aún más el proceso en el futuro. Sin embargo, el camino hacia el diseño de nuevas células solares significativamente más eficientes aún requiere de mucho trabajo. Aun así, los resultados podrían representar un paso importante en esta dirección, abriendo nuevas posibilidades para la creación de computadoras cuánticas capaces de resolver problemas de manera extraordinariamente rápida.
Más información: Yifan Bo et al, Reversible gating of singlet fission by tuning the role of a charge-transfer state, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-58168-9
