当荧光染料分子完美地结合在一起时，一个全新的东西就产生了——一个分布在许多分子上的激发态。

这种荧光染料分子的集体激发在有机太阳能电池板、传感器、超快数据传输和显微镜等领域具有潜在的应用价值。

Empa，苏黎世联邦理工学院，EPFL的研究人员，保罗谢勒研究所(PSI)苏黎世的IBM研究中心现在已经成功地将这种化学光放大器的效率提高了十倍。

Empa功能聚合物实验室的Jakob Heier表示，这种能量转移比任何半导体都要快。

他说:“我们谈论的是具有完美内部结构的染料分子岛，它被称为j聚集体，尽管它们已经被发现80多年了，但由于这些染料岛的特殊电子内部生命，最近在研究中重新引起了关注。”

染料要发光，分子必须先被光激活。例如，洗涤剂中的光学增白剂会吸收紫外线并发出蓝光(可见光)——这就是为什么白色衣服在夜总会的紫外线下会如此明亮。发射的光的能量比用来激活染料的光低，因为部分能量在染料分子中转化为振动，即热。

能量的天线

Heier和Empa博士生Surendra Anantharaman研究的j聚集体与单个染料分子的行为不同。在这些分子岛中，分子排列有序，非常紧密，就像盒子里的火柴。在这个星座中，染料分子不必发光，但可以将其能量传递给邻近的分子。

然而，与传统的硅半导体相比，有一个关键的区别——在硅半导体中，比如太阳能电池，激发能量是通过电荷载体传输的，比如电子，它们“跳”过材料。相比之下，在j聚集体中，电子只在染料分子中来回振荡，从不离开。没有电子，只有振荡被发射——类似于在宏观世界中发射和接收天线。j聚集体可以在最小的尺度上“传递”能量——极其迅速地跨越数百个分子。

高的损失

j聚集现象及其特殊的能量传输是由美国的埃德温·e·杰利(Edwin E. Jelley)和德国的Günter Scheibe (Günter Scheibe)于1936年首次发现的，但到目前为止，约95%的辐射能量已经丢失，无法传输。

该系统的建设错误是罪魁祸首。事实上，分子并不是如此完美地排列在一起，当能量脉冲在通过j集合体的过程中遇到这些缺陷时，能量传输就会中断。一个普通的分子振动终止了传递，产生了一点热量，游戏就结束了。

瑞士的研究人员现在已经成功地开发了一种染料系统，在该系统中，多达60%的入射光可以重新发射出去。这也意味着高达60%的能量可以无损耗传输，而之前只有5%。

成功的关键是在水和己胺的精细乳剂中完美构建的染料岛。这就是所谓的双连续乳状液，这意味着悬浮在外部液体中的液滴必须彼此相距不远，但必须结合起来形成条纹状结构。只有这样，被研究的染料才能形成所需的无缺陷的j聚集体，并能将吸收的能量无损耗地远距离“发送”。

研究人员在乳剂中取得的成果在技术上有用之前还有很长的路要走，但是通过染料的信号传输可以渗透到日常生活的许多领域。例如，在染料的帮助下捕捉微弱的红外光，并在量子点的帮助下将其转换成数字信号是可能的——这对传感器技术和太阳能电池来说是一个优势，它们本应在非常微弱的光线下提供电力。由于其独特的性质，j聚集体在量子计算机和光数据传输中也有应用。

最后，信号传导染料聚集体可能在活体组织的诊断中变得有用——红外光或热辐射可以深入人体组织而不损伤细胞。j聚集体可以使这种辐射可见并数字化。这将极大地促进和提高活体组织的高分辨率显微镜成像。

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