他们的方法在“自然物理学”杂志上发表，采用激光，微波辐射和磁场来分析激子的自旋，这是在分子系统中形成的能量激发粒子。

这些是由单线裂变产生的，这是世界各地的研究人员试图完全理解的过程，以便利用它来更好地利用太阳能。使用在太阳能电池中表现出单线裂变的材料可以使能量生产在未来更加有效，但是需要充分理解该过程以优化相关材料并设计适当的技术来利用它。

在大多数现有的太阳能电池中，光粒子(或光子)被半导体材料(例如硅)吸收。每个光子都会激发材料原子结构中的电子，为单个电子提供足够的能量来移动。然后可以将其提取为电流。

然而，在一些材料中，单个光子的吸收最初产生一个更高能量的激发粒子，称为自旋单线态激子。这个单线态也可以与另一个分子共享能量，形成两个低能量激子，而不仅仅是一个。这些低能粒子被称为自旋“三重态”激子。每个三重态可以穿过材料的分子结构并用于产生电荷。

分裂过程-从一个吸收的光子到两个高能三重态激子-是单重态裂变。对于研究如何产生更多太阳能的科学家而言，它代表了一种潜在的讨价还价-相对于投入的光量，产生的电流量的二合一提供。如果能够进行单线裂变的材料可以集成太阳能电池可以更有效地从太阳光中产生能量。

但实现这一目标远非直截了当。一个挑战是三对激子对仅持续一小部分时间，并且必须在它们衰变之前分离和使用。它们的寿命与它们的相对“旋转”有关，这是一种基本粒子的独特属性，是一种固有的角动量。研究和测量旋转的时间，从最初形成的对到它们的衰变，如果要被利用则是必不可少的。

在这项新研究中，剑桥大学和柏林自由大学(FUB)的研究人员采用了一种方法，可以随时间测量材料的自旋特性。这种方法称为电子自旋共振(ESR)光谱，自50多年前发现以来，已被使用和改进，以更好地了解自旋对许多不同自然现象的影响。

它涉及将被研究的材料放置在一个大的电磁铁中，然后使用激光激发样品中的分子，以及微波辐射来测量自旋随时间的变化。当研究由单线态裂变形成的三重态时，这尤其有用，因为这些难以使用大多数其他技术来研究。

因为激子的自旋与微波辐射和磁场相互作用，所以这些相互作用可以用作理解三重态对形成后发生的变化的另一种方式。简而言之，该方法允许研究人员在单线态裂变形成之后，通过时间有效地观察和操纵三重态对的自旋状态。

该研究由柏林自由大学(FUB)的JanBehrends教授，剑桥大学圣约翰学院的大学研究员AkshayRao博士和剑桥大学物理系的NeilGreenham教授领导。

LeahWeiss是剑桥三一学院的盖茨剑桥学者和物理学博士，是该论文的第一作者。“这项研究开辟了许多新问题，”她说。“让这些兴奋状态分离并变得独立，或者作为一对保持在一起的原因，是我们在利用它们之前需要回答的问题。”

研究人员能够非常详细地研究三重态激子的自旋态。他们观察到形成的对具有不同地具有弱和强连接的自旋状态，反映了在空间上接近和进一步分开的对的共存。有趣的是，该小组发现，由于它们非常接近，它们预期会非常快地衰减的一些对实际上存活了几微秒。

“特别是找到那些对完全出乎意料，”韦斯补充道。我们认为它们可以受到整体自旋状态的保护，使它们更难腐烂。持续的研究将集中在制造器件和研究如何利用这些状态用于太阳能电池。“

Behrends教授补充说：“这种跨学科合作很好地证明了汇集来自不同领域的专业知识可以提供新的和引人注目的见解。未来的研究将需要解决如何有效地分裂我们在这里观察到的强耦合状态，以提高单线态的产量裂变细胞。“

除了尝试改进光伏技术之外，该研究还涉及使用自旋(所谓的“自旋电子”器件)创建快速有效电子器件的更广泛努力，其同样依赖于能够测量和控制电子的自旋特性。