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科技日?qǐng)?bào)記者?張夢(mèng)然
美國密歇根大學(xué)研究人員在《光學(xué)》期刊發(fā)表論文稱，他們使用被稱為極化子的獨(dú)特準(zhǔn)粒子開發(fā)了一種新型高效光電探測(cè)器，其靈感來自植物用來將陽光轉(zhuǎn)化為能量的光合復(fù)合物。該設(shè)備將光能的遠(yuǎn)程傳輸與電流的遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換相結(jié)合，有可能大大提高太陽能電池的發(fā)電效率。
新型光電探測(cè)器將一個(gè)簡單的有機(jī)檢測(cè)器集成到傳播區(qū)域，可在高達(dá)100微米的距離內(nèi)產(chǎn)生有效的極化子到電荷的轉(zhuǎn)換。圖片來源：密歇根大學(xué)
在許多植物中發(fā)現(xiàn)的光合復(fù)合物由一個(gè)大的光吸收區(qū)域組成，該區(qū)域?qū)⒎肿蛹ぐl(fā)態(tài)能量傳遞到反應(yīng)中心，在那里能量轉(zhuǎn)化為電荷。極化子將分子激發(fā)態(tài)與光子結(jié)合在一起，賦予它類光和類物質(zhì)的特性，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離能量傳輸和轉(zhuǎn)換。這種新型光電探測(cè)器是首次展示基于極化子的實(shí)用光電設(shè)備之一。
為了創(chuàng)建基于極化子的光電探測(cè)器，研究人員必須設(shè)計(jì)允許極化子在有機(jī)半導(dǎo)體薄膜中長距離傳播的結(jié)構(gòu)。此外，他們必須將一個(gè)簡單的有機(jī)檢測(cè)器集成到傳播區(qū)域中，以產(chǎn)生有效的極化子到電荷的轉(zhuǎn)換。
研究人員使用特殊的傅里葉平面顯微鏡來觀察極化子傳播，以分析他們的新設(shè)備。結(jié)果表明，新的光電探測(cè)器在將光轉(zhuǎn)換為電流方面比硅光電二極管更有效。它還可從大約0.01平方毫米的區(qū)域收集光，并在0.1毫米的“超長”距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)光到電流的轉(zhuǎn)換——這個(gè)距離比光合復(fù)合物的能量傳遞距離大3個(gè)數(shù)量級(jí)。
研究人員在實(shí)驗(yàn)室中將圖案化的電介質(zhì)樣品裝入手套箱。新探測(cè)器是基于極化子的實(shí)用光電設(shè)備的首批演示之一。圖片來源：西爾維婭·卡達(dá)雷利/密歇根大學(xué)福雷斯特實(shí)驗(yàn)室
到目前為止，觀察的大多數(shù)極化子為封閉腔中的靜止準(zhǔn)粒子，頂部和底部都有高反射鏡。這項(xiàng)新研究揭示了極化子如何在單個(gè)鏡子的開放結(jié)構(gòu)中傳播，新設(shè)備還允許首次測(cè)量入射光子轉(zhuǎn)換為極化子的效率。
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