Модифицированные квантовые точки захватывают больше энергии
Ученые из Национальной лаборатории Лос-Аламоса синтезировали магнитно-легированные квантовые точки, захватывающие кинетическую энергию электронов ультрафиолетового света до ее превращения в тепло.
Открытие может привести к созданию новых, высокоэффективных солнечных батарей, световых датчиков, фотокатодов и запускаемых светом химических реакций, сообщает phys.org, приводя слова ведущего исследователя, Виктора Климова.
Новый материал описан в журнале Nature Nanotechnology.
В стандартных солнечных батареях значительная часть энергии теряется в виде тепла. Это происходит из-за дефицита эффективных подходов к захвату кинетической энергии «горячих» электронов, генерируемых фотонами зеленого-ультрафиолетового света. Частицы быстро теряют ее, взаимодействуя с кристаллической решеткой устройств. В результате возникают вибрации, фононы. Процесс занимает несколько пикосекунд.
Прошлые попытки устранить проблему сосредоточились на возбуждении электронов до проводящего состояния. Явление, известное как размножение носителей, удваивает число частиц, участвующих в создании фототока. Но в большинстве материалов потери энергии остаются высокими.
Исследователи показали, что внедрение магнитных ионов в квантовые точки значительно увеличивает полезные, производящие энергию взаимодействия. Частицы становятся быстрее фононного рассеивания. Для демонстрации работоспособности концепции, команда создала квантовые точки с вкраплениями марганца из селенида кадмия.
«Поглощенный частицей фотон создает пару электрон-дыра или экситон, — сказал Климов. – Его быстро захватывает вкрапление, создавая возбужденное состояние, хранящее энергию как сжатая пружина. Когда поглощается второй фотон, она высвобождается, передаваясь новому экситону и переводя его в более высокоэнергетическое состояние. Процесс обеспечивает переключение магнитного момента или спин. Его можно назвать спин-обменной передачей энергии оже-пика».
Исследователей удивила короткая временная шкала процесса – около десятой доли пикосекунды. Взаимодействие происходило быстрее фононного излучения, считавшегося самым скоростным явлением в полупроводниковых материалах. Специально разработанные легированные квантовые точки позволили извлечь горячий электрон, созданный ультрафиолетовым фотоном, до потери энергии.
