Графен превратили в сверхэффективный поглотитель света

Технологии

ТАСС, 29 октября. Российские ученые заставили графен почти полностью поглощать энергию света, покрыв поверхность этого материала квантовыми точками. Благодаря этому его можно будет использовать при разработке аналогов солнечных батарей и фотосенсоров. Статью с результатами работы опубликовал научный журнал Laser & Photonics Reviews.

На эту темуИз графена собрали рукотворный аналог нейрона

"Большая цель наших исследований – создание ультракомпактных приборов, которые могли бы с высокой эффективностью превращать энергию света в так называемые поверхностные плазмон-поляритоны. На их основе можно создать преобразователи световой энергии вроде солнечных батарей, только с эффективностью в разы больше", – прокомментировал один из авторов работы, директор Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Валентин Волков.

Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, которые соединены между собой структурой химических связей, напоминающих структуру пчелиных сот. За получение и изучение первых образцов графена присудили Нобелевскую премию по физике 2010 года – награду получили выходцы из России Константин Новоселов и Андрей Гейм.

Дальнейшие эксперименты показали, что у графена есть не только полезные свойства, которых нет у других форм углерода. Некоторые его особенности мешают его использовать. В частности, физики обнаружили, что графен тяжело превратить в полноценный полупроводник, так как у него нет так называемой "запрещенной зоны".

Поэтому физики уже много лет пытаются улучшить свойства графена. В частности, они вносят в его структуру дефекты и заполняют их атомами других элементов, которые могут поменять электрические свойства графена. Благодаря этому его можно использовать как основу для транзисторов, а также различных излучателей и поглотителей света. Однако их эффективность пока остается низкой.

Полезные дефекты

Волков и его коллеги выяснили, что если кроме внесения дефектов в структуру самого графенового листа еще и покрыть его квантовыми точками, расположив их на четко выверенном расстоянии над поверхностью графена, то силу взаимодействия между графеном и частицами света можно повысить в несколько раз.

Как правило, в качестве квантовых точек выступают наночастицы из разных полупроводников, размер и форма которых подобраны таким образом, чтобы они вели себя как искусственный атом, который может взаимодействовать с электромагнитными волнами, поглощать их и преобразовать в другие формы колебаний.

Расчеты ученых из МФТИ и Владимирского государственного университета показали, что если подобрать "правильный" размер квантовых точек и расположить их особым образом на определенном расстоянии от листа графена, то подобные структуры будут рассеивать падающий на них свет – так, что его будет идеально поглощать графен.

В таком случае энергия света будет перетекать только в одном направлении, а не в обе стороны, как это обычно происходит при простом добавлении дефектов в структуру листа графена и при случайном нанесении квантовых точек на его поверхность. В результате графен начинает поглощать не 10% света, как это обычно происходит, а от 50 до 95%.

Ученые надеются, что дальнейшие опыты подтвердят результаты их расчетов, а также покажут, что графен можно применять для концентрирования энергии света и массы других целей, для которых используют классические полупроводниковые фотоэлементы, лазеры и другие излучатели света.

Источник: tass.ru

Оцените статью
Экономика и политика на EconomPolit.ru