Совершенно новый способ ловить фотоны обещает эластичные батареи, способные использовать солнечную энергию широкого диапазона.
Ловушка для фотона: Широкий спектр энергетики

Цзюй Ли (Jui Li) и его коллеги называют свою концепцию немного иначе — не ловушкой, а воронкой — но сути дела это не меняет, воронка — тоже лишь метафора. Идея же состоит в следующем.

Возьмем упругий полупроводник и начнем воздействовать на него излучением. Соударяясь с электронами в атомах полупроводника, фотоны будут выбивать их со своих позиций, оставляя дырки. В обычном полупроводнике возникшее электронное возбуждение движется хаотично, что снижает его эффективность. Если же наш упругий материал будет деформирован (например, растянут очень тонкой иглой) на манер воронки, то и дырки, и электроны под действием электромагнитных сил будут двигаться к ее центру, и их энергию легче затем утилизировать.

Есть у этой деформации и еще один эффект: атомы на разных участках такой воронки испытывают разные механические нагрузки, из-за чего их электроны находятся в разных энергетических состояниях. В соответствии с этим и фотоны они поглощают разные — разной энергии и длины волны. Атомы одного участка воронки могут поглощать видимое излучение, а другого — невидимое, на которое приходится максимум энергии солнечного света.

В данном случае необходимо добиться именно упругой деформации, на манер пружины, способной вернуть начальную форму после снятия нагрузки. Такая деформация связана с изменением длины или геометрии межатомных связей, в результате чего электроны и переходят на разные энергетические уровни.

Ученые провели детальный расчет необходимой деформации для упругого слоя дисульфида молибдена толщиной всего в одну молекулу — примерно шесть ангстрем. MoS2 является полупроводником, что позволяет напрямую интегрировать его в электронные схемы. Точно просчитанная деформация позволяет «настроить» гамму энергетических уровней его электронов так, что они будут поглощать фотоны заданного спектра. По крайней мере, на это надеются авторы работы, планирующие провести для проверки эксперименты.

По пресс-релизу MIT News Office