Такие устройства, как оптические датчики и чипы инфракрасного изображения, являются вероятными приложениями, которые могут быть полезны в таких областях, как автоматизированный транспорт и астрономия.
В будущем, если эффект смогут сделать сильнее, это может привести к появлению высокоэффективных устройств солнечной энергии.
Работая с международной группой физиков, профессор Токийского университета Йошихиро Иваса изучал возможные функции специальной полупроводниковой нанотрубки, когда у него появилась гениальная идея.
Он взял лазер и осветил им нанотрубку. Определенные длины волн и интенсивность света индуцировали ток. Это называется фотоэлектрическим эффектом.
Существует несколько фотоэлектрических материалов, но природа и поведение этой нанотрубки вызывают удивление.
— По сути, наш исследовательский материал генерирует электричество, как солнечные батареи, но по-другому. Вместе с доктором Ицзином Чжаном из Института исследований твердого тела Макса Планка в Германии мы впервые продемонстрировали, что наноматериалы могут преодолеть препятствие, которое вскоре ограничит использование современных солнечных технологий. Пока солнечные панели настолько хороши, насколько это возможно, но наша технология может превысить это, — считает Иваса.
Индуцирующая ток нанотрубка изготовлена из свернутых листов специального полупроводникового материала на основе дисульфида вольфрама (WS2). Листы не производят ток в присутствии света, если они не свернуты в трубки. Это эмерджентное поведение, не свойственное материалу, пока он не будет изменен. Что интересно, так это то, как он отличается от существующих фотоэлектрических материалов.
Как правило, фотоэлектрические солнечные панели используют определенное расположение материалов, называемое pn-переходом. Это то, где два различных вида материалов (р-типа и n-типа) соединяются, так как сами по себе не генерируют ток в присутствии света, но при размещении вместе, да. Фотогальваника на основе Pn-переходов повысилась в эффективности за 80 лет или около того с момента их открытия. Тем не менее, они приближаются к своим теоретическим пределам отчасти из-за их потребности в расположении нескольких материалов.
Нанотрубки WS2 не полагаются на соединение между материалами для получения фотоэлектрического эффекта. При воздействии света они генерируют ток во всей своей структуре или объему. Это называется объемным фотоэлектрическим эффектом (BPVE), и это происходит потому, что нанотрубка WS2 не является симметричной. Если бы она была симметричной, индуцированный ток не имел бы предпочтительного направления и, следовательно, двигался бы. Таким образом, другие симметричные нанотрубки — такие как знаменитые углеродные нанотрубки — не демонстрируют BPVE, несмотря на то, что они являются хорошими электрическими проводниками.