---
| | |
---
| | | |
---|---|---|---
| | |
31 mei 2016
# Nieuwe theorie over de regulering van energieoverdracht tussen moleculen
### Een analogie tussen wetenschap en een romantisch diner
** _ _****Wetenschappers van de Technische Universiteit Denemarken, de
Universiteit Twente en de Stichting FOM hebben een oud wetenschappelijk geschil
beslecht over de vraag of de energieoverdracht tussen twee moleculen nu wel of
niet afhangt van hun nano-omgeving. Ze zijn erachter gekomen dat een vlakke
spiegel dicht bij een moleculenpaar de energieoverdrachtssnelheid nauwelijks
beïnvloedt, terwijl deze wel grote invloed heeft op het licht dat door een
enkel molecuul wordt uitgezonden. Alleen spiegels die op dezelfde afstand
stonden als de moleculen van elkaar, hadden invloed op de energieoverdracht.
Het werk van de onderzoekers is relevant voor toepassingen binnen verlichting,
nanodetectie, fotosynthese, fotovoltaïsche systemen en
quantuminformatieverwerking. De resultaten zijn gisteren gepubliceerd in het
vooraanstaande Brits-Duitse vakblad New Journal of Physics.****_
_**Er wordt veel gediscussieerd over de vraag of de snelheid waarmee energie
overgedragen wordt van het ene geëxciteerde molecuul naar een tweede molecuul
dat daar dichtbij ligt, beïnvloed kan worden door de nanofotonische omgeving
van de moleculen aan te passen. De spontane emissie van één enkel molecuul (of
een andere lichtbron) hangt sterk samen met zijn nanofotonische omgeving. Het
beheersen van de omgeving is mogelijk met behulp van zogeheten metamaterialen,
fotonische kristallen, of zelfs met een vlakke spiegel. Uit eerdere studies
naar de energieoverdracht tussen twee moleculen kwamen soms sterke effecten
naar voren, maar soms ook matige of helemaal geen effecten, van de nano-
omgeving, wat verwarring gaf onder theoretici en experimentele onderzoekers.
**_
_****Romantisch diner_
_**Eerste auteur dr. Martijn Wubs (Technische Universiteit Denemarken)
gebruikt een analogie om het probleem uit te leggen: "Wanneer je iemand leuk
vindt dan kan een etentje in een romantisch restaurant helpen om echt verliefd
te worden. De romantische omgeving zou ook wel eens de belangrijkste reden
kunnen zijn om verliefd te worden, maar zoals bekend zijn zulke gevoelszaken
moeilijk te interpreteren en te begrijpen. Voor de vergelijkbare situatie van
energieoverdracht tussen twee ‘verliefde’ moleculen zijn we er nu in geslaagd
de invloed van hun omgeving te begrijpen." **_
_****Nieuw model om de waarnemingen te verklaren**
Vier jaar geleden was het Deens-Nederlandse team betrokken bij een
experimenteel onderzoek dat aantoonde dat de energieoverdrachtssnelheid bij
een moleculenpaar onafhankelijk is van de zogeheten lokale optische
toestandsdichtheid van hun nanofotonische omgeving (in tegenstelling tot de
emissie van een enkel molecuul die wel afhangt van deze toestandsdichtheid).
Het vormde een uitdaging voor theoretici om deze waarnemingen te verklaren. Ze
besloten om het meest eenvoudige modelsysteem waarin alle essentiële
onderdelen van de experimenten aanwezig waren te onderzoeken. "Met het
modelsysteem konden we de exacte wiskundige formule afleiden en daaruit
onderbouwde conclusies trekken", vertelt FOM-groepsleider prof.dr. Willem Vos
(Universiteit Twente). "We hebben een wiskundige formule gevonden die aantoont
dat de energieoverdrachtssnelheid juist onafhankelijk is van de lokale
toestandsdicht van de nanofotonische omgeving. Verrassend genoeg is zo’n
simpele formule nog niet eerder afgeleid."
**Extra controle_
_**Om te controleren of ze hun conclusie niet te snel hadden getrokken, hebben
de onderzoekers ook een theorie afgeleid waarin ze het uitgangspunt hadden dat
de overdrachtssnelheid afhankelijk is van de nanofotonische omgeving. Deze
theorie bevestigde hun conclusies. Vos legt uit: "Energieoverdracht wordt niet
beïnvloed door licht in de gewone zin - een elektromagnetische golf met de
vorm van een sinusgolf. De moleculen bevinden zich veel dichter bij elkaar dan
de golflengte van licht, vandaar dat licht dat door het ene molecuul wordt
uitgezonden nog geen sinusgolf heeft gevormd voordat dit bij het tweede
molecuul aankomt. Hierdoor treedt er geen nano-lichteffect op de
energieoverdrachtssnelheid op. Maar de moleculen ‘voelen elkaar’ wel door de
Coulombkracht die tussen moleculaire ladingen optreedt." **_
_****Vlakke spiegel_
_**Het lijkt er misschien op dat er geen manier is om de
energieoverdrachtssnelheid tussen twee moleculen te reguleren, maar de
Coulombkracht biedt een uitweg. Vos: "We hebben ontdekt dat de
energieoverdrachtssnelheid sterk wordt beïnvloed door twee moleculen dicht bij
een spiegel te plaatsen, op nano-afstanden die vergelijkbaar zijn met de
afstand tussen de moleculen.* Het lijkt erop dat het moleculaire liefdespaar
sneller verliefd kan worden wanneer ze zo dicht bij een spiegel zijn dat ze
zichzelf eerst zien voordat ze hun partner zien. Dankzij het nano-
Coulombeffect, worden ze niet afgeleid door de rest van de wereld en kunnen ze
zich beter richten op hun partner."**_
_**Volgens de onderzoekers kan hun nieuwe inzicht in het reguleren van
energieoverdracht worden gebruikt voor het precies meten van de afstand tussen
moleculen die verder uit elkaar liggen, voor het manipuleren van
quantuminformatie tussen twee nabijgelegen quantumdots, voor verbeterde
biosensoren en voor fotovoltaïsche toepassingen.
_*) In tegenstelling hiermee oefent__ een spiegel bij de spontane emissie door
een enkel molecuul op veel grotere afstanden, in de orde van grootte van de
golflengte van licht, invloed uit.__
_**Team **_
_Het onderzoek is uitgevoerd door dr. [Martijn
Wubs](https://u16831.ct.sendgrid.net/wf/click?upn=gNiz8ZwLqUrfpO3v-2B6RNfo2YnhZxsRwpk001js0Cn9OjvXHgUrP490Gm-2F7WP5tCQ_pL-2BXJ9rP5q-2BUaltF3BAu0APMIg3d2nFGiVcDnYlc5ZSf-2Byc7pj8qSA7YTm3KgTrDB7hoP0KQrYGD1LtIhO5TKhjaKPwlxzi6yJRd1ALrx66LtDVuSCCcUnwNXRysqi-2B1F-2BY3hmn-2BZZKDwuONopGGbCZDcKS8nx9aFEAxNMmlcFUL8oWOh7QQchP-2BIU0mWID37Ra-2F8RbFmTu3evYqK107R2tmtQ0cVXUujL2lSwhaEQQ-3D
[Department of Photonics
Engineering](https://u16831.ct.sendgrid.net/wf/click?upn=gNiz8ZwLqUrfpO3v-2B6RNfqXjxrdb14MX8ctYJ-2FGrs0KHRAr-2F9Ug-2FD96bhZKskdBf_pL-2BXJ9rP5q-2BUaltF3BAu0APMIg3d2nFGiVcDnYlc5ZSf-2Byc7pj8qSA7YTm3KgTrDB7hoP0KQrYGD1LtIhO5TKnY0kz1BUKxUDf0LUuuQBfoH8v2vJEujpwhFgHbzdKPKGKpm1WYb3OzuPQFSAZg-2BXwzduBIYsnqUmI93lYCjBmyptf-2F6rm3JAB-2BfqUTRLY6Id6laInLrRj3ZOw732sNdqmUako74oFIIpHQi-2FRPAhnc-3D
Technische Universiteit
Denemarken (DTU), in Lyngby, en door FOM-werkgroepleider prof.dr. Willem Vos
van de [Complex Photonic Systems
(COPS)](https://u16831.ct.sendgrid.net/wf/click?upn=gNiz8ZwLqUrfpO3v-2B6RNft1dFLyEAmid6mvvIv7ZM2zW7gVaD-2FKgoXI-2BIK9jvMFJ_pL-2BXJ9rP5q-2BUaltF3BAu0APMIg3d2nFGiVcDnYlc5ZSf-2Byc7pj8qSA7YTm3KgTrDB7hoP0KQrYGD1LtIhO5TKjLiMYkqcHiJi1DhgbUWuQhxsPSW4ptgbn64AUFsIVYiyZZDEr8uYopdVZx56TR-2BBscnksNers-2FBukmxdkGf2IYRga5loTfmLSPo2gAxf5dF84QKBw3vvmqUw-2FIW3lEwyLITISA3f0wMqb1DFZCsW-2F8-3D
leerstoel aan het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie, Universiteit Twente.
Het artikel was een samenwerking op afstand, omdat het bewerkt werd via een
online bewerkingsprogramma, aangevuld met veelvuldige besprekingen via Skype.
_
_Het onderzoek is gefinancierd door de Deense Raad voor Onafhankelijk
Onderzoek, de Deense Nationale Onderzoeksfederatie, de Villum Foundation, en
door het Vrije FOM-programma ‘Stirring of Light!’ dat wordt ondersteund door
de Stichting FOM, NWO en Technologiestichting STW. _
_\-----------------------_
_**Voor de redactie**_
_**Contact**_
__Dr. Martijn Wubs__
_telefoon: +45 4525 6374_
_e-mail: [mwubs@xxxxxxxxxxxxxx](mailto:mwubs@xxxxxxxxxxxxxx)_
__Prof.dr. Willem Vos__
_telefoon: +31 (0)53-4895388_
_e-mail: [w.l.vos@xxxxxxxxxx](mailto:w.l.vos@xxxxxxxxxx)_
Joost Bruysters (persvoorlichter Universiteit Twente)
_e-mail: [j.c.p.bruysters@xxxxxxxxxx](mailto:j.c.p.bruysters@xxxxxxxxxx)_
_**Referentie **_
__Martijn Wubs and Willem L. Vos, Förster resonance energy transfer rate in
any dielectric nanophotonic medium with weak dispersion, __[New Journal of
Physics 18, 053037
(2016)_.](https://u16831.ct.sendgrid.net/wf/click?upn=UhmSz26ZjteXbmGoAwPkGE3lCB4YjmK8yFjwHuMPceUH3OH61mxXfoYGYtak5Vz9paE2a-2FQZC8kWrCOkZ6ANLA-3D-3D_pL-2BXJ9rP5q-2BUaltF3BAu0APMIg3d2nFGiVcDnYlc5ZSf-2Byc7pj8qSA7YTm3KgTrDB7hoP0KQrYGD1LtIhO5TKv1ClNuaFiWo4mlsjK0XZODWNVwsCG8CaCUY8PxQpcTnXoEsjWmZ9EdwH-2Ffua9fQq-2FPxjhUUZMhWl6fGHVklMoxS6HJghKdQe4jFSmrUcSAelMKH0FlGffXPhe5EVat9q-2FMffLGU3DZQa5S3MouykOM-3D
30/18/5/053037/meta;jsessionid=4FC5CE670C7534F081D77C73C19D211E.c4.iopscience.
cld.iop.org) U kunt ook kijken op
[www.complexphotonicsystems.com](https://u16831.ct.sendgrid.net/wf/click?upn=gNiz8ZwLqUrfpO3v-2B6RNfqFqjS2YKqhYCeC9HJcu-2B-2Bg9Al49-2FGDza7qqKJNDkN9m_pL-2BXJ9rP5q-2BUaltF3BAu0APMIg3d2nFGiVcDnYlc5ZSf-2Byc7pj8qSA7YTm3KgTrDB7hoP0KQrYGD1LtIhO5TKu33gWknZZyx-2BTM-2BQxcXQ4cUIhaevsHB6z04H7CaLyUyGGjnY-2FR-2FidHmJOJpXPezPmWythdDJb4vRtGgA-2BLdLsfp85a7AeYDkD5X7owTh8KgFwyvjO-2B8-2FEzbXmYrdeqJ7DNRNQOvD4cjIZCyA7x5jNI-3D
**Bijschrift bij afbeelding
**Het effect van een spiegel op de energieoverdracht tussen twee moleculen. De
onderzoekers toonden aan dat dat effect heel anders is dan het al langer
bekende effect van een spiegel op de spontane emissie van licht door een enkel
molecuul.
|
[](https://u16831.ct.sendgrid.net/wf/click?upn=6GI4zadZkZqqytvmiqek1S7pINSxA-2Brm1Q09nqOYYxFOfhqCoOs-2FP4MvKzHVHsL-2F_pL-2BXJ9rP5q-2BUaltF3BAu0APMIg3d2nFGiVcDnYlc5ZSf-2Byc7pj8qSA7YTm3KgTrDB7hoP0KQrYGD1LtIhO5TKua4dhGg9opj1zmKmm-2FcCeB3VdQn-2FyesKypakHJwIMnheMC4R8xI7B2wyZyK-2BU6PG3l5pLPIXe3rTee7q6jJjCWAkFqWuQCR530AZyAU9pzcDtbWcVHxYRIYZU7wy-2BSO-2BC8dT-2BhOw3xeb8VrwtYp3QA-3D
west-1.amazonaws.com/f3/d362e0272c11e6a1605fa3ddbb4339/Afbeelding-1.-Effect-
spiegel.jpg) | [
Afbeelding-1.-Effect-spiegel.jpg](https://u16831.ct.sendgrid.net/wf/click?upn=6GI4zadZkZqqytvmiqek1X1zzRUbZdId0FWOcygSR-2BM-3D_pL-2BXJ9rP5q-2BUaltF3BAu0APMIg3d2nFGiVcDnYlc5ZSf-2Byc7pj8qSA7YTm3KgTrDB7hoP0KQrYGD1LtIhO5TKsyQ9S23-2BLHDhI1lyCd-2B-2BNkiKqJY5gFWBLpP6PwA3BmwuZiaxiZY64IWuLRTG9ukJySXxSy0POWpTPa64yslQ9yg2-2FMnPESFQ1OabXjGkYzi3Keu59HtfkCGG2ghX1WtN9RUIIb2sQdkNsC8x23oSBE-3D
-eu-west-1.amazonaws.com/f3/d362e0272c11e6a1605fa3ddbb4339/Afbeelding-1
.-Effect-spiegel.jpg)
**1165kBs**
---|---
|
|
Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM). FOM is onderdeel van
NWO.
|
| |
---
| | **Stichting FOM**
---
+31 (0)30 600 12 11
|
[ | |
[Twitter](https://u16831.ct.sendgrid.net/wf/click?upn=5-2FjYtE9Qrpt0AHXiwHo1KUuTaTHkeW9WhSrfEDPuOrWDBgoMhlpJafn6WyPvYHbm_pL-2BXJ9rP5q-2BUaltF3BAu0APMIg3d2nFGiVcDnYlc5ZSf-2Byc7pj8qSA7YTm3KgTrDB7hoP0KQrYGD1LtIhO5TKmJYA-2B57xQ-2B9jBwSpQRSgxxvRlwPzDj-2FS-2B86N0EcX-2BYeJoUXAzP8XngKNHPpW8KjtqLDm0hpAilcLowKlGn1Tf0j2p7Q0RzCRqLr3-2BRIZLeHD-2BkE4DGqWffIR6ROf5dtms5ChF3DPGS244cjBubcqYU-3D
---|---|---
[ | |
[Facebook](https://u16831.ct.sendgrid.net/wf/click?upn=gNiz8ZwLqUrfpO3v-2B6RNfvQFSQu-2B124BQqG7uUkHwhwd7t3-2B8OATeqHpj1FPU6yd_pL-2BXJ9rP5q-2BUaltF3BAu0APMIg3d2nFGiVcDnYlc5ZSf-2Byc7pj8qSA7YTm3KgTrDB7hoP0KQrYGD1LtIhO5TKvCYI2Rcb0s15nBXcIyVroDbMwNHDkoZ8-2BRKfMiS2jOH7-2Bm2VsQgUY894I5qjpuJvkrZ0FHhEc-2BrfNue1IgsK46f2AECqHAZGm2rw3CJ4fDh87p0irkAcgk4rIMopDPsj2HxataYAvGNAEPo6bgbRQ4-3D
|
[www.fom.nl](https://u16831.ct.sendgrid.net/wf/click?upn=gNiz8ZwLqUrfpO3v-2B6RNfiT0oLDZq59LqxN9OhQ4jYc-3D_pL-2BXJ9rP5q-2BUaltF3BAu0APMIg3d2nFGiVcDnYlc5ZSf-2Byc7pj8qSA7YTm3KgTrDB7hoP0KQrYGD1LtIhO5TKpAPCDSuVSFihmweyNnl-2ByGJcab9YatGRBbRnN685aLKv0vjNxGLmcwnid5UkYLcpSAzKO29TKi-2Bw7sCJKrW2rrjmbhSBck-2FEKTSqadkQfCzcF-2B3mAVCFET-2FGR-2F5-2Ff4Z0NbgGR2ZxOdF2lJu42eQsEU-3D
---
| |
---
Geen berichten meer ontvangen van ons? Klik [unsubscribe
---
