Materiaalwetenschappers van het Nano/Bio Interface Center van de Universiteit van Pennsylvania hebben de transductie van optische straling naar elektrische stroom in een moleculair circuit aangetoond. Het systeem, een reeks van nano-sized moleculen van goud, reageren op elektromagnetische golven door oppervlakteplasmonen te creëren die elektrische stroom over moleculen induceren en projecteren, vergelijkbaar met die van fotovoltaïsche zonnecellen.

De resultaten kunnen een technologische benadering bieden voor het oogsten van energie met een hogere efficiëntie met een circuit van nanoformaat dat zichzelf van stroom kan voorzien, mogelijk door zonlicht. Onlangs, oppervlakteplasmonen zijn ontwikkeld in een verscheidenheid aan door licht geactiveerde apparaten zoals biosensoren.

Het is ook mogelijk dat het systeem kan worden gebruikt voor computergegevensopslag. Terwijl de traditionele computerprocessor gegevens in binaire vorm weergeeft, aan of uit, een computer die dergelijke fotovoltaïsche circuits gebruikte, zou gegevens kunnen opslaan die overeenkomen met de golflengten van licht.

Omdat moleculaire verbindingen een breed scala aan optische en elektrische eigenschappen vertonen, de strategieën voor fabricage, testen en analyses die in deze studie worden toegelicht, kunnen de basis vormen van een nieuwe reeks apparaten waarin plasmon-gecontroleerde elektrische eigenschappen van afzonderlijke moleculen kunnen worden ontworpen met brede implicaties voor plasmonische circuits en opto-elektronische en energie-oogstende apparaten.

Dawn Bonnel, een professor in materiaalkunde en de directeur van het Nano/Bio Interface Center in Penn, en collega's fabriceerden een reeks lichtgevoelige, gouden nanodeeltjes, koppelen ze op een glazen substraat. Het minimaliseren van de ruimte tussen de nanodeeltjes tot een optimale afstand, onderzoekers gebruikten optische straling om geleidende elektronen op te wekken, plasmonen genoemd, om het oppervlak van de gouden nanodeeltjes te berijden en het licht te concentreren op de kruising waar de moleculen zijn verbonden. Het plasmoneffect verhoogt de efficiëntie van de huidige productie in het molecuul met een factor 400 tot 2000 procent, die vervolgens via het netwerk naar de buitenwereld kunnen worden getransporteerd.

In het geval dat de optische straling een oppervlakteplasmon exciteert en de nanodeeltjes optimaal gekoppeld zijn, er ontstaat een groot elektromagnetisch veld tussen de deeltjes en opgevangen door gouden nanodeeltjes. De deeltjes koppelen dan aan elkaar, vormen een percolatief pad over tegenover elkaar liggende elektroden. De grootte, vorm en scheiding kunnen worden aangepast om het gebied van gefocust licht te ontwerpen. Wanneer de maat, vorm en scheiding van de deeltjes zijn geoptimaliseerd om een ​​"resonante" optische antenne te produceren, verbeteringsfactoren van duizenden
zou kunnen leiden.

Verder, het team toonde aan dat de grootte van de fotogeleiding van de plasmon-gekoppelde nanodeeltjes onafhankelijk van de optische kenmerken van het molecuul kan worden afgesteld, een resultaat dat aanzienlijke implicaties heeft voor toekomstige opto-elektronische apparaten op nanoschaal.

"Als de efficiëntie van het systeem zou kunnen worden opgeschaald zonder extra, onvoorziene beperkingen, we zouden mogelijk een één-versterker kunnen maken, een-volt monster de diameter van een mensenhaar en een inch lang, ' zei Bonnel.

De studie is gepubliceerd in het huidige nummer van het tijdschrift ACS Nano .