ساخت دستگاهی که نور مادون قرمز و پرتوهای مرئی را به جریان الکتریکی تبدیل می کند

[seyed mehdi hoseyni 27119]

مهندسان موفق به طراحی یک دستگاه جدید شدند که قادر است نور مادون قرمز و پرتوهای مرئی را به جریان الکتریکی تبدیل کند. این دستگاه برای این کار از برانگیختگی پلاسمون در یک سیستم فلز-عایق-فلز استفاده می‌کند. در حالی که رایج‌ترین دستگاه برای تبدیل نور به انرژی الکتریسیته پیل‌های خورشیدی فتوولتائیک هستند، ادوات دیگری نیز برای این کار ارائه شده‌اند که از آن جمله می‌توان به مبدل‌های گرما-نوری اشاره کرد. در تحقیقات اخیر، مهندسان برای تبدیل نور به انرژی از ادوات پلاسمونیک استفاده کرده‌اند.

«فومینگ وانگ» و «نیکولاس ملوش» از دانشگاه استنفورد مقاله‌ای را در این باره در نشریه «Nano Letters» به چاپ رساندند. «نیکولاس ملوش» می‌گوید: این پروژه جایگزین مناسبی را برای تبدیل امواج مادون قرمز و پرتوهای مرئی به جریان الکتریکی معرفی کرده است. البته کارایی این دستگاه به‌ خوبی پیل‌های خورشیدی نیست و نمی‌تواند جای پیل‌ها را بگیرد. این دستگاه جدید از سیستم فلز-عایق-فلز بهره‌مند است که مشابه «رکتنا» (آنتنی که امواج ماکرویو را به الکتریسیته تبدیل می‌کند) است. تفاوت این دستگاه با «رکتنا» در این است که «رکتنا» تنها امواجی با طول موج بلند نظیر ماکروویو و امواج رادیویی را تبدیل می‌کند، در حالی که این دستگاه جدید طیف وسیعی از امواج مادون قرمز تا نور مرئی را تحت پوشش قرار می‌دهد.

زمانی که سیستم فلز-عایق-فلز در حال نورگیری است، فوتون‌های ورودی می‌توانند توسط لایه فلزی فوقانی و تحتانی جذب شوند. این فوتون‌ها موجب برانگیختگی الکترونی در فلز شده و آن را به الکترون داغ تبدیل می‌کند. تقریبا نیمی از این الکترون‌ها به ‌سوی محل تماس فلز- عایق حرکت می‌کنند و در آنجا توسط الکترود دیگری جذب می‌شوند. جذب فوتون در لایه‌ فوقانی و تحتانی موجب تولید جریانی‌هایی با علامت‌های مخالف هم می‌شود. بنابراین برای تولید جریان DC خالص باید جذب در یک الکترود، بسیار بیشتر از الکترود دیگر باشد. افزایش جریان در یک الکترود و کاهش در الکترود دیگر چالشی بزرگ محسوب می‌شود. برای حل این مشکل، محققان ضخامت الکترودها را تغییر دادند. لایه ضخیم‌تر قادر است فوتون بیشتری را جذب کند. محققان از یک منشور برای برانگیختن پلاسمون سطحی موجود در سطح فلز استفاده کردند. پلاسمون سطحی که در واقع نوسانات الکترونی است، می‌تواند موجب برانگیختن تعداد بیشتری الکترون داغ شود. این کار به چند فاکتور بستگی دارد که از آن جمله می‌توان به ضخامت الکترودها و نوع ماده به ‌کار رفته و طول موج نور ورودی اشاره کرد. اگر بردار موج پلاسمون سطحی و فوتون با هم مشابه باشد، آن گاه فوتون می‌تواند موجب برانگیختن پلاسمون سطحی شود. در عمل می‌توان از سطوحی شیاردار استفاده کرد. با تنظیم فاصله شیارها می‌توان پلاسمون سطحی را طوری تنظیم کرد که با طول موج مشخصی برانگیخته شود. در نتیجه می‌توان تبدیل انرژی را برای طول موج‌ها از مادون قرمز گرفته تا نور مرئی انجام داد.