Forskere omdanner lys til elektrisk strøm ved hjælp af et gyldent nanoskalasystem

Materialeforskere ved Nano/Bio Interface Center ved University of Pennsylvania har demonstreret transduktion af optisk stråling til elektrisk strøm i et molekylært kredsløb. Systemet, en række af guldmolekyler i nanostørrelse, reagere på elektromagnetiske bølger ved at skabe overfladeplasmoner, der inducerer og projicerer elektrisk strøm på tværs af molekyler, svarende til solcellernes.

Resultaterne kan give en teknologisk tilgang til energiudnyttelse med højere effektivitet med et kredsløb i nanostørrelse, der kan drive sig selv, potentielt gennem sollys. For nylig, overfladeplasmoner er blevet konstrueret til en række lysaktiverede enheder såsom biosensorer.

Det er også muligt, at systemet kunne bruges til computerdatalagring. Mens den traditionelle computerprocessor repræsenterer data i binær form, enten til eller fra, en computer, der brugte sådanne fotovoltaiske kredsløb, kunne lagre data svarende til lysets bølgelængder.

Fordi molekylære forbindelser udviser en bred vifte af optiske og elektriske egenskaber, strategier for fremstilling, test og analyse belyst i denne undersøgelse kan danne grundlag for et nyt sæt enheder, hvor plasmakontrollerede elektriske egenskaber ved enkeltmolekyler kan designes med store konsekvenser for plasmoniske kredsløb og optoelektroniske og energi-høstende enheder.

Dawn Bonnell, en professor i materialevidenskab og direktør for Nano/Bio Interface Center i Penn, og kolleger fremstillede en række lysfølsomme, guld nanopartikler, forbinder dem på et glasunderlag. Minimering af rummet mellem nanopartiklerne til en optimal afstand, forskere brugte optisk stråling til at excitere ledende elektroner, kaldet plasmoner, at ride overfladen af ​​guldnanopartiklerne og fokusere lyset til krydset, hvor molekylerne er forbundet. Plasmoneffekten øger effektiviteten af ​​den nuværende produktion i molekylet med en faktor på 400 til 2000 procent, som derefter kan transporteres gennem netværket til omverdenen.

I det tilfælde, hvor den optiske stråling ophidser en overfladeplasmon, og nanopartiklerne er optimalt koblet, et stort elektromagnetisk felt etableres mellem partiklerne og opfanges af guldnanopartikler. Partiklerne kobler sig så til hinanden, danner en perkolativ bane hen over modstående elektroder. Størrelsen, form og adskillelse kan skræddersyes til at konstruere området med fokuseret lys. Når størrelsen, form og adskillelse af partiklerne er optimeret til at producere en "resonans" optisk antenne, forbedringsfaktorer på tusindvis
kan resultere.

Desuden, holdet demonstrerede, at størrelsen af ​​fotokonduktiviteten af ​​de plasmonkoblede nanopartikler kan indstilles uafhængigt af molekylets optiske egenskaber, et resultat, der har betydelige konsekvenser for fremtidige opto -elektroniske enheder i nanoskala.

"Hvis systemets effektivitet kunne skaleres uden yderligere, uforudsete begrænsninger, vi kunne tænkes at fremstille en enforstærker, en volt prøve diameteren af ​​et menneskehår og en tomme lang, " sagde Bonnell.

Undersøgelsen er offentliggjort i det aktuelle nummer af tidsskriftet ACS Nano .