Около года назад группа исследователей из Института фотонных наук города Барселоны (ICFO) косвенно продемонстрировала способность графена преобразовывать всего один фотон в несколько электронов; другими словами, графен может весьма эффективно вырабатывать электричество из солнечного света. Сегодня ученым из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) удалось продемонстрировать, каким образом происходит это явление. Результаты работы, опубликованные в журнале Nano Letters, открывают возможность для создания солнечных батарей нового поколения на основе этого материала.
Изображение предоставлено ICFO
Ученые знали о способности графена при поглощении одного фотона генерировать несколько электронов, энергия которых оказывается достаточной для выработки электрического тока. Проблема заключалась в том, что это явление преобразования фотонов в электричество происходит с такой скоростью, что традиционное оборудование было неспособно его зафиксировать. Однако сегодня ученые из разных университетов (EPFL в Швейцарии, Орхусского университета в Дании и Центра Elettra в Италии) разработали новый метод спектроскопии, получивший название «фотоэмиссии в сверхбыстром времени с угловым разрешением» (trARPES), благодаря которому это стало возможным.
Демонстрация с использованием этого передового спектроскопического метода была проведена в лаборатории Резерфорда-Эплтона в Оксфорде (Великобритания). Чтобы заснять процесс преобразования, ученые поместили образец графена в камеру со сверхглубоким вакуумом (UHV), а затем осветили ультрабыстрой вспышкой лазерного света, чтобы привести электроны графена в возбужденное состояние и повысить их энергетическое состояние до получения электрического тока. Затем осветили графен новыми «вспышками», которые позволили сфотографировать состояние каждого электрона в тот или иной момент времени. Таким образом получилось своего рода анимационный фильм, заснявший весь процесс преобразования.
Контроль энергетических потоков в телекоммуникациях
Подобно тому, как фотоны являются квантами электромагнитного излучения, плазмон — квазичастица, отвечающая квантованию плазменных колебаний. Несколько дней назад ученые из ICFO, MIT, CNRS, CNISM и Graphanea доказали возможность электрического управления энергетическим потоком от ионов эрбия до фотонов и плазмонов при помощи простой подачи напряжения. Ионы эрбия излучают свет длиной волны 1,5 мм, известной как третье окно прозрачности телекоммуникаций (имеет большое значение в оптических телекоммуникациях, поскольку является участком с малой потерей энергии, что благоприятствует передаче информации), и используются в усилителях оптоволокна.
Идеальная кристаллическая решетка графена в форме сетки из шестиугольников. Автор: AlexanderAlUS via Wikimedia Commons.
Электрическое управление фотоэмиссией в оптоволоконных кабелях и излучающих свет устройствах, таких как лазер, датчики и экраны, имеет важное значение и открывает возможности создавать новые фотонные наноустройства на основе активной плазмоники.
Франк Коппенс из ICFO отметил, что эта работа «продемонстрировала, что благодаря оптоэлектронным свойствам графена возможно осуществлять электрическое управление светом в наномасштабе». Результаты исследования открывают возможность создания нового поколения нанодатчиков с применением в таких сферах, как биомолекулы, солнечные ячейки и детекторы света, а также при обработке квантовой информации.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Physics, получило финансирование в рамках проекта ЕС Graphene Flagship, программы NWO Rubicon, частного фонда Cellex Барселоны, а также в рамках программ ERC и MIT MISTI-Испания.
Другие статьи нашего блога, посвященные графену:
Графен: вещество, которое изменит наш мир
Источники:
http://www.graphenano.com/#services
