當光子與材料相互作用時，會發生相互作用，導致原子改變其量子態。由此產生的狀態被恰當地稱為光激發。這些光激發通常被認為在它們靠近時會相互殺死，從根本上限制了它們的密度和遷移率。這反過來又限制了依賴光激發的工具的效率，例如太陽能電池和光器件。
在6月19日發表在《自然化學》雜誌上的一項研究中，西北大學和普渡大學的科學家用證據質疑了這一假設，即湮滅取決於光激發的量子相位關係。這意味著，當這種量子相位發生破壞性干涉時，有時光激發不會相互湮滅。
西北大學的Roel Tempelaar說：「量子干涉通常被認為是脆弱的。這是利用分子晶體的詳細化學控制實現量子干涉的一個令人興奮的新方向。我們的團隊正在通過實驗證明量子干涉對湮滅的控制來推進這一領域，本研究的一位作者之前從理論上預測了量子干涉的原理。這與目前流行的觀點形成了對比指出湮滅是一個經典（非量子）過程。」
Tempelaar是西北大學溫伯格文理學院的化學助理教授。他是西北大學分子量子轉導中心的成員。
這項由普渡大學的Tempelaar和Libai Huang領導的研究表明，量子干涉敏感地控制著光激發的行為。通過在相同的分子中添加不同的化學側基，該團隊使苝二亞胺分子以獨特的方式結晶，具有不同的基序。每個晶體內部的光激發在量子相位關係上有著明顯的差異，這反過來又產生了它們湮滅率的數量級差異。
該團隊進行了量子化學計算，以預測分子晶體之間湮滅率的差異，並通過光譜測量證實了這些估計。研究人員特別注意將激發遷移率的光譜貢獻與湮滅過程本身的光譜貢獻區分開來，激發遷移率允許光激發相互相遇。這是通過時間分辨顯微鏡-光譜法實現的，它允許確定遷移率，以及雷射強度控制，它允許改變湮滅的可能性。
研究人員希望他們的工作可以用於製造新設備，例如具有高密度和流動性的光激發太陽能電池。這種增強型設備需要對光激發的量子相進行詳細控制，這可以通過具有獨特設計的堆積圖案的晶體來實現。應用範圍從光電子學到量子信息科學。
Tempelaar說：「這項研究將量子干涉作為主要成分，為更先進的分子材料設計鋪平了道路」。