Geassocieerd met ongelukkige bezoeken aan de tandarts, "holte" betekent iets anders in de tak van de natuurkunde die bekend staat als optica.

Simpel gezegd, een optische holte is een opstelling van spiegels waardoor lichtstralen in gesloten paden kunnen circuleren. Deze holtes helpen ons dingen te bouwen zoals lasers en optische vezels die worden gebruikt voor communicatie.

Nutsvoorzieningen, een internationaal onderzoeksteam duwde het concept verder door een optische "nanocaviteit" te ontwikkelen die de hoeveelheid licht verhoogt die ultradunne halfgeleiders absorberen. De vooruitgang zou kunnen leiden tot onder andere, krachtigere fotovoltaïsche cellen en snellere videocamera's; het kan ook nuttig zijn voor het splitsen van water met behulp van energie uit licht, die zouden kunnen helpen bij de ontwikkeling van waterstofbrandstof.

Het team, bestaande uit docenten en studenten van de Universiteit van Buffalo en twee Chinese universiteiten, presenteerde zijn bevindingen op 24 februari in het tijdschrift Geavanceerde materialen .

"We krabben gewoon aan de oppervlakte, maar het voorbereidende werk dat we hebben gedaan is veelbelovend, " zei Qiaoqiang Gan, doctoraat, hoofdauteur en universitair docent elektrotechniek aan de UB. "Deze vooruitgang zou kunnen leiden tot grote doorbraken in de oogst en conversie van energie, veiligheid en andere gebieden die de mensheid ten goede zullen komen."

Halfgeleiders vormen de basis van moderne elektronica. Ze werken door de stroom van energie in elektronische apparaten te manipuleren. Het meest algemene halfgeleider materiaal, silicium, wordt gebruikt om microchips voor mobiele telefoons te maken, computers en andere elektronische apparaten.

De industrie heeft gelijke tred gehouden met de vraag naar kleinere, dunnere en krachtigere opto-elektronische apparaten, gedeeltelijk, door de grootte van de halfgeleiders die in deze apparaten worden gebruikt te verkleinen.

Het probleem, echter, is dat deze ultradunne halfgeleiders licht niet zo goed absorberen als conventionele bulkhalfgeleiders. Daarom, er is een intrinsieke afweging tussen de optische absorptiecapaciteit van ultradunne halfgeleiders en hun vermogen om elektriciteit op te wekken.

Als resultaat, onderzoekers over de hele wereld proberen manieren te vinden om de hoeveelheid licht die ultradunne halfgeleiders kunnen absorberen te vergroten. Onderzoekers van de Universiteit van Harvard hadden onlangs wisselend succes door dunne films van germanium, een andere gemeenschappelijke halfgeleider, op een gouden ondergrond.

"Hoewel de resultaten indrukwekkend zijn, goud is een van de duurste metalen, " zei Suhua Jiang, universitair hoofddocent materiaalkunde aan de Fudan University in China. "We hebben een nanoholte geïllustreerd, gemaakt met aluminium of andere witachtige metalen en legeringen die veel minder duur zijn, kan worden gebruikt om de hoeveelheid licht die halfgeleidende materialen absorberen te vergroten."

De nanoholte bestaat uit, van onder naar boven:aluminium, aluminiumoxide en germanium. In het experiment, licht ging door het germanium, die 1,5 tot 3 nanometer dik is, en gecirculeerd in een gesloten pad door het aluminiumoxide en aluminium.

De absorptie bereikte een piek van 90 procent, waarbij germanium ongeveer 80 procent van het blauwgroene licht absorbeert en aluminium de rest. Dit is ideaal, zei Haomin Song, Promovendus in elektrotechniek aan de UB en de eerste auteur van de paper, omdat het grootste deel van het licht in het halfgeleidende materiaal blijft.

"De nanocaviteit heeft veel potentiële toepassingen. het kan helpen de hoeveelheid licht die zonnecellen kunnen oogsten te vergroten; het kan worden geïmplanteerd op camerasensoren, zoals die worden gebruikt voor beveiligingsdoeleinden die een snelle reactie vereisen. Het heeft ook eigenschappen die nuttig kunnen zijn voor fotokatalytische watersplitsing, die zou kunnen helpen om waterstofbrandstof werkelijkheid te maken, ' zei Lied.

Voordat dat gebeurt, echter, meer onderzoek moet worden gedaan, vooral omdat het betrekking heeft op hoe de halfgeleider het licht zou veranderen in kracht in plaats van in warmte.

Gans onderzoeksgroep werkt samen met Alexander Cartwright, doctoraat, UB-hoogleraar elektrotechniek en vice-president voor onderzoek en economische ontwikkeling, en Mark Swihart, doctoraat, UB-hoogleraar chemische en biologische technologie, om ultradunne apparaten voor het oogsten van energie te ontwikkelen.

Gan werkt ook samen met Hao Zeng, doctoraat, UB universitair hoofddocent natuurkunde, om het effect ervan op fotokatalyse te bestuderen.