用硅的分割和总和光子的新方法是量子计算，太阳能的突破

时间：2022-01-02 18:58:05来源：

硅纳米晶体由硅烷气体形成等离子体过程形成。

德克萨斯大学奥斯汀和加利福尼亚大学的一支研究人员团队，滨江发现了一种方法来生产长假设的现象 - 硅和有机碳基分子之间的能量转移 - 突破具有含义的突破用于量子计算，太阳能转换和医学成像的信息存储。这项研究在今天在杂志中介绍了本质上的化学。

硅是行星最丰富的材料之一，以及从电脑为几乎所有太阳能面板中使用的电池供电的半导体中的一切中的所有重要组件。然而，对于所有能力，硅在将光线转换为电力时存在一些问题。不同颜色的光由光子，携带光能量的颗粒。硅可以有效地将红色光子转换为电力，而是用蓝色光子携带两倍的红色光子的能量，硅失去了大部分的能量作为热量。

新的发现提供了科学家，通过将其与基于碳的材料配合来提供硅的效率，使蓝色光子转化为可以更有效地用硅更有效地使用的红色光子。这种混合材料也可以调整以反向操作，以红光呈现，并将其转换为蓝光，这对医疗处理和量子计算具有影响。

硅与分子糊精能量转移驱动光子上转化。
“我们将硅与硅配对的有机分子是一种称为蒽的碳灰分。这是基本上的烟灰，“Sean Roberts，Austin Astin助理化学教授说。本文描述了一种将硅化学连接到蒽的方法，产生允许能量在硅和灰灰质物质之间传递的分子电力线。“我们现在可以精细地调整这种材料以对不同波长的光反应。想象一下，对于量子计算，能够调整并优化一种材料以将一个蓝色光子变成两个红色光子或两个红色光子成一个蓝色。它非常适合信息存储。“
四十年来，科学家已经假设了一种与一种有机材料配对硅，有效地吸收蓝色和绿色光线可以是提高硅将光转化为电力的能力的关键。但简单地分层两种材料从未带来了预期的“旋转三重态激子转移”，特定类型的能量转移到硅的碳材料，需要实现这一目标。UC Riverside的罗伯茨和材料科学家描述了它们如何通过将硅纳米晶体连接到蒽的微小化学电线爆发，从而在第一次中产生预测的能量转移。
绿色下能量激光穿过硅量子点，硅量子点重新发射或上变频，进入更高能量的蓝光。
“挑战已经将激发的电子与这些有机材料和硅相对。罗伯茨说，它不能只是通过将一个放在另一个身上。““它需要在硅和这种材料之间建立一种新型的化学接口，以允许它们电子通信。”
罗伯茨和他的研究生艾美丽·劳雷森在专门设计的分子中测量了硅纳米晶，合作者的创新，明李堂，洛伦佐·曼戈里尼和潘夏的UC河畔的效果。使用超快激光器，Roberts和Raulerson发现，两种材料之间的新分子线不仅快速，弹性和有效，它可以有效地将约90％的能量从纳米晶体转移到分子。
“我们可以使用这种化学来创造吸收和发出任何光的材料的材料，”劳拉森说，通过进一步微调，与分子相似的硅纳米晶体可以产生各种应用，从较少的电池产生夜视护目镜到新型微型电子产品。
此类高效的方法，称为Photon Up-Conversion，以前依赖于有毒材料。由于新方法专门用于无毒材料，因此它为人类医学，生物体和环境可持续技术的应用开辟了门，罗伯茨和博士奥斯汀化学家迈克尔·罗斯正在努力。
在UC Riverside，Tang的实验室开创了如何将有机分子连接到硅纳米粒子，芒果组的群体设计为硅纳米晶体。
“新颖性是如何获得这种结构的两部分 - 有机分子和量子局限于硅纳米晶 - ”机械工程副教授Mangolini说“。“我们是第一个真正把这两个放在一起的小组。”
此论文的其他作者包括德文科尔曼和UC Riverside的Carter Gerke。
参考：“通过泛夏，艾米丽K.劳拉森，德文科尔曼，卡斯特S. Gerke，Lorenzo Mangolini，Ming Lee Tang和Sean T. Roberts，2019年12月2日，艾米莉K.玻璃覆盖物之间的硅和分子受体之间的旋转三重激增化学.DOI：
10.1038 / s41557-019-0385-8
该研究的资金是由国家科学基金会，罗伯特A. Welch基金会，科学进步研究公司，科学研究空军办公室和能源部。此外，Raulerson曾在UT AUSTIN拥有莱昂O.摩根毕业生奖学金。