密歇根州立大学 信用:CC0公共领域 随着决策者越来越多地转向科学来应对全球气候变化，密歇根州立大学的一名科学家正期待大自然开发下一代太阳能技术
MSU基金会化学系教授詹姆斯·麦库斯克认为，太阳能的未来在于丰富的、可扩展的材料，这些材料旨在模仿和改进自然界中的能量转换系统
在《自然》杂志一项开创性的新研究中，麦库斯克揭示了一种新的过程，这种过程允许分子告诉科学家如何对它们进行修饰，以更好地吸收和转化太阳能
这种方法使用了一种被称为量子相干的分子特性，其中分子的不同方面是同步的，就像你的汽车的转向信号与你前面的汽车同步闪烁一样
科学家认为，量子相干可能在自然光合作用中发挥作用
麦库斯克说:“我们的工作是第一次有人试图积极利用从量子相干中收集的信息作为指南——路线图——来建议分子结构中对给定性质有贡献的最重要的方面。”
“我们正在使用复杂的科学，为大自然提供了在实验室里教我们需要关注的东西的手段
" 阳光虽然充足，但却是一种低密度的能源
为了收集有意义的能量，你需要更大的空间
然而，当今最有效的太阳能转换材料，如钌，是地球上最稀有的金属
未来的太阳能技术必须能够通过更高效、更廉价的能源转换方法来扩大规模
麦库斯克说:“当我在本科学校或向公众发表关于能源科学的演讲时，我半开玩笑地说树上有很多叶子是有原因的。”
“嗯，有很多叶子是有原因的:光捕获是一个物质密集型的问题，因为太阳光的能量密度相对较低
大自然通过制造大量树叶来解决这个问题
" 在人工光合作用的普通合成方法中，吸光化合物利用分子从阳光中吸收能量后产生的激发态分子
光能的吸收存在的时间足够长，可以用于依靠电子从一个地方移动到另一个地方的能力的化学反应
一个可能的解决方案是找到更普遍可用的材料来达到同样的效果
麦库斯克说:“从(稀土金属)转换到像铁这样富含地球的东西的问题是，在这些更广泛可用的材料中，允许你将吸收的阳光转化为化学能的过程是完全不同的。”
例如，铁基化合物吸收光能产生的激发态衰变得太快，无法以类似的方式使用
以量子相干为指南
麦库斯克和他的学生用持续时间不到十分之一万亿分之一秒的光撞击一个分子，可以观察到分子的激发态与其结构之间的相互联系，让他们能够想象在太阳能转化为化学能的过程中，分子的原子是如何运动的
麦库斯克说:“一旦我们对这一过程是如何发生的有了一个了解，研究小组就利用这些信息对分子进行综合改造，以减缓这一过程的速度。”
“如果这些发色团——一种吸收特定波长可见光并对材料颜色负责的分子——要想进入太阳能技术，这是一个必须实现的重要目标
" “研究表明，我们可以利用这种相干现象来告诉我们，我们可能需要在发色团的分子结构中加入什么样的物质，发色团使用更多富含地球的材料，使我们能够将吸收光后储存在分子中的能量用于广泛的能量转换应用
" 对麦库斯克来说，这一突破有望加快新技术的发展，“通过一开始就告诉我们需要设计什么样的系统，消除了许多进入科学研究的尝试和错误
" 接下来呢？"基于油漆碎片和铁锈的太阳能电池怎么样？"麦库斯克说
“我们还没有做到这一点，但这项研究背后的想法是利用量子相干性来挖掘分子已经拥有的信息，然后利用这些信息来改变游戏规则
" 这篇文章，“利用激发态相干性来综合控制超快动力学”出现在《自然》杂志的封面上
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