แสงเป็นแหล่งพลังงานอันทรงพลังที่สามารถนำมาใช้เพื่อขับเคลื่อนปฏิกิริยาเคมีที่ดื้อรั้น ผลิตกระแสไฟฟ้า และใช้อุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานส่วนใหญ่ จะไม่สามารถใช้ความยาวคลื่นของแสงได้ทั้งหมด นี่เป็นเพราะว่าพลังงานที่โฟตอนแต่ละอันมีนั้นแปรผกผันกับความยาวคลื่นของมัน และกระบวนการทางเคมีและทางกายภาพจะถูกกระตุ้นโดยแสงก็ต่อเมื่อพลังงานที่จัดหาโดยโฟตอนแต่ละตัวเกินเกณฑ์ที่กำหนด

ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์อย่างเซลล์แสงอาทิตย์ไม่สามารถใช้ประโยชน์จากสีทั้งหมดที่มีอยู่ในแสงแดดได้ เนื่องจากประกอบด้วยโฟตอนผสมที่มีพลังงานสูงและต่ำ นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกกำลังสำรวจวัสดุอย่างแข็งขันเพื่อให้เกิดการแปลงโฟตอน (PUC) โดยที่โฟตอนที่มีพลังงานต่ำกว่า (ความยาวคลื่นที่ยาวกว่า) จะถูกดักจับและปล่อยกลับเป็นโฟตอนที่มีพลังงานสูงกว่า (ความยาวคลื่นสั้นกว่า) วิธีหนึ่งที่มีแนวโน้มดีที่จะตระหนักถึงสิ่งนี้คือผ่านการทำลายล้างแฝดสามเท่า (TTA) กระบวนการนี้ต้องการการผสมผสานระหว่างวัสดุไวแสงและวัสดุทำลายล้าง สารไวแสงจะดูดซับโฟตอนพลังงานต่ำ (แสงความยาวคลื่นยาว) และถ่ายเทพลังงานที่ตื่นเต้นไปยังตัวทำลายล้าง ซึ่งจะปล่อยโฟตอนพลังงานที่สูงขึ้น (แสงที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า) อันเป็นผลมาจาก TTA

การค้นหาวัสดุแข็งที่ดีสำหรับ PUC ได้พิสูจน์ให้เห็นถึงความท้าทายมาเป็นเวลานาน แม้ว่าตัวอย่างของเหลวจะมีประสิทธิภาพ PUC ค่อนข้างสูง แต่การทำงานกับของเหลว โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ประกอบด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ มักมีความเสี่ยงและยุ่งยากในการใช้งานหลายอย่าง อย่างไรก็ตาม การทดลองก่อนหน้านี้เพื่อสร้างของแข็ง PUC มักประสบปัญหาคุณภาพคริสตัลไม่ดีและโดเมนคริสตัลขนาดเล็ก ซึ่งนำไปสู่ระยะการเดินทางสั้นของรัฐที่ตื่นเต้นแบบแฝด ส่งผลให้ประสิทธิภาพของ PUC ต่ำ นอกจากนี้ ในตัวอย่าง PUC ที่เป็นของแข็งก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่ ความเสถียรภายใต้การฉายรังสีด้วยแสงอย่างต่อเนื่องไม่ได้รับการทดสอบและมักได้รับข้อมูลการทดลองในบรรยากาศก๊าซเฉื่อย ดังนั้นประสิทธิภาพต่ำและความเสถียรของวัสดุไม่เพียงพอจึงเป็นปัญหามาเป็นเวลานาน

ในการศึกษาล่าสุดที่นำโดยรองศาสตราจารย์ Yoichi Murakami จาก Tokyo Tech ประเทศญี่ปุ่น ทีมนักวิจัยพบคำตอบสำหรับความท้าทายนี้ ตีพิมพ์ใน Materials Horizon กระดาษของพวกเขา (การเข้าถึงแบบเปิด) อธิบายว่าพวกเขามุ่งเน้นไปที่คริสตัล Van der Waals ซึ่งเป็นวัสดุคลาสสิกที่ไม่ได้รับการพิจารณาสำหรับการแสวงหาของแข็ง PUC ที่มีประสิทธิภาพสูง หลังจากค้นพบว่า 9-(2-แนฟทิล)-10-[4-(1-แนฟทิล)ฟีนิล]แอนทราซีน (ANNP) ซึ่งเป็นโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนที่เดิมพัฒนาขึ้นสำหรับไฟ LED อินทรีย์สีน้ำเงิน เป็นผู้ทำลายล้างที่ยอดเยี่ยมสำหรับการรวบรวมแนวคิดของพวกเขา พวกเขาพยายามผสม ด้วยแพลตตินั่มออคตาเอทิลพอร์ไฟริน (PtOEP) ซึ่งเป็นสารไวแสงหลักที่ดูดซับแสงสีเขียว

ทีมงานพบว่าการรวมตัวของโมเลกุลไวแสงสามารถหลีกเลี่ยงได้อย่างสมบูรณ์โดยใช้เฟสผลึกของสารละลายของแข็ง van der Waals ที่มีสัดส่วน PtOEP ถึง ANNP ที่ต่ำพอสมควร (ประมาณ 1:50000) พวกเขาดำเนินการเพื่ออธิบายลักษณะเฉพาะของผลึกที่ได้รับอย่างละเอียด และพบข้อมูลเชิงลึกว่าเหตุใดการใช้เครื่องมือทำลายล้าง ANNP จึงขัดขวางการรวมตัวของสารทำให้ไวในเมื่อสารทำลายล้างอื่นๆ ที่มีอยู่ไม่สามารถทำได้ในการศึกษาก่อนหน้านี้ ยิ่งไปกว่านั้น ผลึกแข็งที่ทีมสร้างมีความเสถียรสูงและแสดงประสิทธิภาพที่โดดเด่น ดังที่ดร. มูราคามิกล่าวว่า "ผลการทดลองของเราโดยใช้แสงแดดจำลองบ่งชี้ว่าเลนส์ที่มีความเข้มข้นของแสงอาทิตย์ เช่น เลนส์ ไม่จำเป็นอีกต่อไปในการแปลงแสงแดดบนบกอย่างมีประสิทธิภาพ"

โดยรวมแล้ว การศึกษานี้นำผลึก Van der Waals กลับมาสู่เกมของ PUC โดยเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการสร้างวัสดุที่เป็นของแข็งที่โดดเด่นโดยใช้สารทำลายล้างไฮโดรคาร์บอนที่ใช้งานได้หลากหลาย ดร.มูราคามิสรุปว่า "การพิสูจน์แนวคิดที่เรานำเสนอในรายงานของเราเป็นการก้าวกระโดดทางเทคนิคครั้งสำคัญในการแสวงหาของแข็ง PUC ที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งจะเปิดเทคโนโลยีโฟโตนิกส์ที่หลากหลายขึ้นในอนาคต" ดร.มูราคามิ สรุป หวังว่าการวิจัยเพิ่มเติมในหัวข้อนี้จะช่วยให้เราสามารถแปลงแสงให้เป็นรูปแบบที่มีประโยชน์ที่สุดได้อย่างมีประสิทธิภาพ