Физика

Кремний использовали для создания высокоэнергетичного излучения

GiroScience/Flickr/Indicator.Ru

Команда исследователей из Техасского университета в Остине и Калифорнийского университета в Риверсайде создала систему из нанокристаллов кремния и органических соединений, которая может поглощать излучение, а затем испускать его на более высоких длинах волн — и наоборот. Технология поможет в лечении рака, создании солнечных батарей и квантовых вычислительных устройств. Статья об этом опубликована в журнале Nature Chemistry.

Кремний — один из самых распространенных материалов на планете и важная составляющая многих применяемых сегодня материалов, начиная от полупроводников в электронных устройствах и заканчивая солнечными элементами. При всех своих способностях, однако, у кремния возникают сложности при преобразовании света в электричество.

Этот материал может эффективно преобразовывать фотоны красной области в электричество, но при попадании на него синих фотонов, которые несут в два раза больше энергии, кремний рассеивает большую часть их энергии в виде тепла.

Новое исследование открывает способ повысить эффективность работы кремниевых панелей, совмещая его с углеродным материалом, который преобразует синие фотоны в красные. Последние, в свою очередь, кремний может преобразовывать в электричество. Этот гибридный материал можно также настроить для работы в обратном направлении — тогда он будет принимать красный свет и преобразовывать его в синий. Эта технология поможет в лечении рака (высокоэнергетичное излучение способствует образованию свободных радикалов) и в совершенствовании квантовых вычислений.

В качестве нужной органической молекулы ученые использовали антрацен. Но простая комбинация этих материалов не позволяет достичь нужного эффекта. Чтобы осуществить необходимый процесс, команда ученых соединила кремний с антраценом с помощью специальных молекул, которые были способные передавать энергию между двумя частями системы.

Затем исследователи направили в раствор целевого соединения лазерный луч. Они обнаружили, что нанокристаллы кремния могут быстро переводить энергию окружающих молекул в триплетное состояние. Затем, благодаря процессу, называемому триплет-триплетным переносом энергии, состояние с низкой энергией преобразуется в высокоэнергетическое. Это приводит к излучению фотона на более короткой длине волны или с более высокой энергией, чем первоначально поглощенная. В ходе экспериментов ученым удалось перевести свет с длиной волны в 488–640 нм в ультрафиолетовое излучение с длиной 425 нм.

Другие высокоэффективные процессы такого рода, называемые Ап-конверсией фотонов, ранее основывались на токсичных материалах. Поскольку новый подход использует исключительно нетоксичные материалы, он может найти применение в медицине, биовизуализации и экологически устойчивых технологиях.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.