Nanoanteny przekształcają światło w prąd

fot. Science/AAAS

Nanoanteny, czyli nanometrycznej wielkości drobinki złota o ściśle określonych rozmiarach, umieszczone bezpośrednio na krzemowych fotodiodach, umożliwiają przekształcenie padającego nań światła w prąd elektryczny, poprzez transformację fotonów w elektrony. Układ ten może nie tylko wspomóc tradycyjne baterie słoneczne, ale również znaleźć zastosowanie w nowoczesnej optoeletronice, donosi "Science". 

Optyczne nanoanteny umożliwiają odbiór promieniowania elektromagnetycznego z zakresu podczerwieni, niczym tradycyjne anteny radiowe potrafią odbierać fale radiowe (będące również promieniowaniem elektromagnetycznym). Niestety, optyczne nanoanteny posiadają również drugą cechę tradycyjnych radiowych anten - bez pozostałych elementów radia, antena to tylko długi drut. Naukowcy z Rice University (USA) postanowili wykorzystać doskonałe możliwości nanoanten do odbioru promieniowania z zakresu podczerwieni i połączyć je z układem pozwalającym na przetworzenie światła w prąd elektryczny.

Wszystko po to, by wytworzyć nowy nanoukład - fotosensor, dzięki któremu możliwe będzie jeszcze skuteczniejsze pozyskiwanie prądu ze światła. W tym celu na powierzchni krzemowego fotodetektora standardowo służącego jako ogniwo słoneczne (tzw. bateria słoneczna), naukowcy nanieśli szereg złotych nanoanten w ściśle określonych odstępach (których długość mierzona jest oczywiście w nanometrach, gdzie jeden nanometr to miliardowa część metra).

Wymiary poszczególnych nanoanten są niezmiernie ważne. Każdy z wytworzonych ze złota elementów jest długi na 110 do 158 nanometrów. Co ważne, prostokątne drobinki złota ułożone są bezpośrednio na powierzchni krzemu - jeden materiał od drugiego oddziela jedynie nanometrycznej grubości warstwa, w której skład wchodzi tytan.

Dzięki odpowiedniej wielkości nanoanten możliwe jest odbieranie ściśle określonych długości fal, w tym wypadku promieniowania z zakresu podczerwieni. Padające na zmodyfikowany fotodetektor światło, przekształcane jest na powierzchni złota w wysoko energetyczne elektrony, które następnie z łatwością pokonują nanometrycznej wielkości dystans, jaki dzieli złotą nanoantenę od bloku krzemu. Mierzalnym efektem tego zjawiska jest powstanie prądu elektrycznego.

Jak przyznają autorzy odkrycia, na dzień dzisiejszy wydajność zmodyfikowanych fotodetektorów (z nanoantenami) wynosi zaledwie 1 procent. Pomimo to, opracowany układ ma szansę na zrewolucjonizowanie naszej rzeczywistości.

Według naukowców, element ten (po niezbędnych modyfikacjach) może zostać użyty zarówno przy konstrukcji nowoczesnych ogniw słonecznych, gdzie zwiększałby zakres przetwarzanego światła w prąd elektryczny o promieniowanie podczerwone, jak i przy tworzeniu zupełnie nowych układów optoelektronicznych. Zagadnienie to jest szczególnie istotne dla przemysłu związanego z przetwarzaniem energii, jak i informacji.

PAP - Nauka w Polsce