Плазмонные наноструктуры позволят ученым усовершенствовать технологии по получению солнечной энергии, а также создать оптоэлектронные устройства связи, которые будет в несколько раз эффективнее современных.

В структурированных материалах, изготовленных, в частности, из светочувствительных молекул порфирина и наночастиц золота, могут возбуждаться коллективные колебания свободных электронов, так называемые плазмоны. Точно подобранные электрические свойства окружающей среды и структура материала позволяют получить электрический ток. Три года назад профессор Даун Боннелл с коллегами из Университета Пенсильвании опубликовали результаты работы, которая была посвящена созданию таких структур при помощи методасегнетоэлектрической нанолитографии.

Ученые видели, что эффективность преобразования энергии света в электрическую заметно повышалась, однако тогда они не смогли доказать, что вызван данный рост был именно «горячими электронами», которые появились благодаря формированию плазмонов. В то время невозможно было исключить вероятность того, что молекулы порфирина способны самостоятельно переходить в возбужденные состояния, либо то, что электрическое поле может как-то «концентрировать» входящее излучение.

«Мы сделали предположение, что нам удастся извлечь электроны из материала в момент, когда плазмоны будут находиться в возбужденных состояниях (до высоких уровней энергии)», - рассказывает профессор Боннелл. Ее команда разработала некую плазмонную наноструктуру, позволившую исключить все остальные возможные причины увеличения фототока.

«В ходе измерений было зафиксировано увеличение эффективности в 4-10 раз в сравнении с обычным фотовозбуждением, - комментирует Боннелл свои исследования. – А ведь мы пока даже не оптимизировали эту систему. В принципе, несложно представить себе огромный потенциал, который она несет».

Устройства, которые используют плазмон-индуцированные токи, способны работать на различных длинах волн: увеличение и уменьшение расстояний между наночастицами, а также изменение их размеров позволяет подбирать необходимые параметры системы для того, чтобы решать различные технические задачи.

«Только попробуйте вообразить покрытие ноутбука, работающее как фотоэлемент и обеспечивающее его питание, используя при этом лишь солнечный свет, – говорит автор исследования».

Источник