量子过程显着提高了可以利用阳光利用的能量

新出版的研究细节量子过程如何增加当光撞击金属介质界面时产生的电子数量。研究人员认为，这种发现可能导致更好的太阳能电池或光探测器。

新方法是基于发现意外量子效应增加电荷载体的数量，称为电子和“孔”，当不同波长光的光撞击涂有特殊类氧化物材料的金属表面被称为高索引电介质。光子会产生所谓的表面等离子体 - 具有与吸收光子相同频率的振荡电子云

本周报告了本周在“物理审查”信中报告的作者，包括MIT Nicholas Fang，机械工程副教授和Postdoc Dafei Jin，包括麻省理工学院的尼古拉斯方。研究人员使用涂有氧化物的一片银，将光能转化为界面处的原子的极化。

“我们的研究揭示了一个令人惊讶的事实：“芳·在金属和电介质之间的界面上，直接控制可见光的吸收直接控制。”他补充说，效果的强度直接取决于材料的介电常数 - 衡量电流通过的程度，并将该能量转化为极化。

“在早期的研究中，”方说：“这是一个被忽视的东西。”

以前显示在这些材料中产生的电子产品的实验已经粉碎于材料中的缺陷。但方说，这些解释“不足以解释为什么我们观察到这种薄层的这种宽带吸收材料”。但是，他说，该团队的实验将新发现量子的效果恢复了对强烈互动的解释。

该团队发现，通过改变沉积在金属表面上的介电材料层（例如氧化铝，氧化铪，氧化钛）层的组合物和厚度，它们可以控制从进入光子进入产生的能量的能量金属中的电子和孔 - 一种捕捉光能量的系统效率的量度。此外，它们说，系统允许宽范围的波长或颜色被吸收。

方宫表示，该现象应相对容易地利用有用的装置，因为所涉及的材料已经广泛用于工业规模。“氧化物材料恰好是用于制作更好晶体管的人们使用，”他说;现在可以利用这些以产生更好的太阳能电池和超级光电探测器。

冯说：“在提高光束效率时，”添加介电层“令人惊讶的是”。并且由于基于该原理的太阳能电池将非常薄，他补充说，它们将使用比传统硅电池更少的材料。

由于他们的宽带响应能力，方说，这种系统也对来电的响应更快：他解释说：“我们可以接收或检测信号作为较短的脉冲”，比当前的光电探测器可以接收。他甚至可能导致新的“LI-FI”系统，他建议 - 使用光发送和接收高速数据。

N. Asger Mortensen是没有参与这项工作的丹麦技术大学教授，说这一发现“对我们对我们对量子血浆的理解产生了深远的影响。麻省理工学院的工作…真的精确地定位了等压子在靠近金属表面附近的电子孔对中的增强腐烂。“

“探测这些量子效应在理论上和实验上非常具有挑战性，并且这种基于量子矫正的增强吸收的发现代表了一个重要的飞跃，”物理学助理教授Maiken Mikkelsen Adds

杜克大学也没有参与这项工作。“我认为毫无疑问，利用纳米材料的量子特性必然会产生未来的技术突破。”

该团队还包括Postdoc清胡博士杨梅杨山脉，丹尼尔·新豪斯洛杉矶·罗瓦茨·冯·大厦的大学，在哈佛大学，在奥克岭国家实验室的Ritesh Sachan，以及桑迪亚国家实验室。该工作得到了国家科学基金会和科学研究空军办公室的支持。

出版物：Dafei Jin等，“量子 - 溢出 - 增强了银和高索引介质界面的表面 - 等离子体吸收”，物理升级信件，2015，DOI：10.1103 / Physrevlett.115.193901