Onderzoekers van FOM-instituut AMOLF en het California Institute of Technology hebben een nieuwe methode ontdekt om met licht elektrische potentialen op te wekken. Met behulp van minutieus gevormde metalen nanocircuits konden ze licht effectief opvangen en omzetten in een elektrisch potentieel van 100 millivolt. De onderzoeksresultaten worden op 30 oktober gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .

Het AMOLF-Caltech-team, die al jaren samenwerkt, noemt het nieuw ontdekte effect het 'plasmo-elektrisch effect'. Albert Polman, leider van het AMOLF-deel van het team:"Dit is een geheel nieuwe manier om licht om te zetten in elektriciteit. We hebben nu aangetoond dat er een elektrische spanning kan worden opgewekt; de volgende stap is om te kijken of we ook elektrische stroom kunnen opvangen en elektrische stroom."

Kleine deeltjes van edele metalen zoals koper, Van zilver en goud is bekend dat ze kleurrijke spectrums uitzenden als ze worden verlicht. Een bekend voorbeeld zijn glas-in-loodramen in oude kerken waarin de kleuren worden gevormd door kleine metalen nanodeeltjes die in het glas zijn ingesloten. Het licht dat op deze deeltjes schijnt, wordt omgezet in plasmonen:oscillaties van de vrije elektronen in het metaal. Dat resulteert in een sterke absorptie en diffractie van bepaalde kleuren licht.

Het AMOLF-Caltech-team onderzocht dit lichtabsorptieproces in kunstmatig gecreëerde metalen nanostructuren. Deze vervaardigden zij met behulp van moderne cleanroomtechnieken. Ze verlichtten gouden nanobolletjes met licht en ontdekten dat er een negatief elektrisch potentiaal ontstond toen deze bolletjes werden verlicht met blauw licht. Omgekeerd, ze ontdekten een positief potentieel in het geval van rood licht. De onderzoekers maten de elektrische spanning met een ultragevoelige naald die ze boven de verlichte nanodeeltjes plaatsten.

Geïnspireerd door dit eerste resultaat vervaardigde het team metalen nanocircuits, bestaande uit een vierkante matrix met minuscule gaatjes met een diameter van 100 nanometer in een dunne goudfilm. Net als de nanodeeltjes, deze matrices vertoonden duidelijke plasmonresonanties, waarvoor de afstand tussen de gaten de kleur bepaalde. Als de circuits werden verlicht met een laser en de kleur van het licht geleidelijk veranderde van blauw naar rood, eerst ontstond er een negatieve potentiaal (-100 millivolt, blauw licht) en vervolgens een positieve potentiaal (+100 millivolt, rood licht).

De onderzoekers ontwikkelden vervolgens een theoretisch model waarmee de gemeten verschijnselen goed konden worden beschreven. Het invallende licht veroorzaakt kleine temperatuurschommelingen die zorgen voor een thermodynamische kracht voor de uitwisseling van elektrische ladingen op de schakelaar. Dat resulteert in de gemeten potentialen.