La fotoexcitación es la producción de un estado excitado de un sistema cuántico por absorción de fotones . El estado excitado se origina a partir de la interacción entre un fotón y el sistema cuántico . Los fotones transportan energía que está determinada por las longitudes de onda de la luz que transportan los fotones. [1] Los objetos que emiten luz con longitudes de onda más largas, emiten fotones que transportan menos energía. En contraste, la luz con longitudes de onda más cortas emite fotones con más energía. Cuando el fotón interactúa con un sistema cuántico, es importante saber con qué longitud de onda se está tratando. Una longitud de onda más corta transferirá más energía al sistema cuántico que las longitudes de onda más largas.
La fotoexcitación juega un papel en la fotoisomerización y se aprovecha en diferentes técnicas:
Las células solares sensibilizadas con colorante hacen uso de la fotoexcitación al explotarla en células solares de producción en masa más baratas. [2] Las células solares dependen de una gran superficie para capturar y absorber tantos fotones de alta energía como sea posible. Las longitudes de onda más cortas son más eficientes para la conversión de energía en comparación con las longitudes de onda más largas, ya que las longitudes de onda más cortas transportan fotones que son más ricos en energía . Por lo tanto, la luz que contiene longitudes de onda más cortas causa una conversión de energía más prolongada y menos eficiente en las células solares sensibilizadas con colorante.
Los láseres bombeados ópticamente utilizan la fotoexcitación de manera que los átomos excitados en los láseres obtienen una enorme ganancia de brecha directa necesaria para los láseres. [3] La densidad que se necesita para la inversión de población en el compuesto Ge, un material que se utiliza a menudo en láseres, debe llegar a ser 10 20 cm −3 , y esto se adquiere mediante fotoexcitación. La fotoexcitación hace que los electrones de los átomos pasen a un estado excitado. En el momento en que la cantidad de átomos en el estado excitado es mayor que la cantidad en el estado fundamental normal, se produce la inversión de población. La inversión, como la causada con el germanio , hace posible que los materiales actúen como láseres.
Aplicaciones fotocrómicas . El fotocromismo provoca una transformación de dos formas de una molécula al absorber un fotón. [4] Por ejemplo, la molécula BIPS (2H-l-benzopiran-2,2-indolinas) puede convertirse de trans a cis y viceversa al absorber un fotón. Las diferentes formas están asociadas con diferentes bandas de absorción. En una forma cis de BIPS, la banda de absorción transitoria tiene un valor de 21050 cm −1 , en contraste con la banda de la forma trans, que tiene un valor de 16950 cm −1 . Los resultados fueron ópticamente visibles, donde el BIPS en geles pasó de una apariencia incolora a un color marrón o rosa después de ser expuesto repetidamente a un haz de bombeo UV de alta energía. Los fotones de alta energía causan una transformación en la molécula de BIPS haciendo que la molécula cambie su estructura.
A escala nuclear, la fotoexcitación incluye la producción de resonancias de nucleones y delta bariones en los núcleos.
Referencias
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^ Law, Matt; Greene, Lori E.; Johnson, Justin C.; Saykally, Richard; Yang, Peidong (15 de mayo de 2005). "Células solares sensibilizadas con colorante y nanocables". Nature Materials . 4 (6): 455–459. Bibcode :2005NatMa...4..455L. doi :10.1038/nmat1387. ISSN 1476-1122. PMID 15895100. S2CID 37360993.
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^ PRESTON, D.; POUXVIEL, J.-C.; NOVINSON, T.; KASKA, WC; DUNN, B.; ZINK, JI (11 de septiembre de 1990). "Resumen de ChemInform: Fotocromismo de espiropiranos en geles de aluminosilicato". ChemInform . 21 (37). doi :10.1002/chin.199037109. ISSN 0931-7597.
