Ylösmuunnetulla valolla on valoisa tulevaisuus

Näillä heinäkuun pilvisillä ainakin tutkijat uskovat valon voimaan. Rice yliopisto kertoo valon ylösmuuntamisen metodista, joka voisi tehdä aurinkokennoista tehokkaampia ja sairauksiin kohdistetuista nanohiukkasista tehokkaampia.

Professori Gururaj Naik on yhdistellyt plasmonisia metalleja ja puolijohtavia kvanttikaivoja kasvattamaan valon taajuutta eli vaihtamaan sen väriä.

Kun galliumnitridistä ja indiumgalliumnitridistä rakentuvia nanopylväitä viritetään tietyllä valon aallonpituudella, täplä kultaa niiden kärjessä muuntaa valoenergian plasmoneiksi.

Plasmonit ovat lyhytikäisiä ja kun ne rapistuvat ne luovuttavat energiansa joko emittoimalla fotonin tai tuottaen lämpöä siirtämällä energiansa yhteen kuumaan elektroniin.

Yleisemminkin tutkijat ovat osoittaneet, että viritetyt plasmoniset materiaalit virittävät myös kuumia kantajia eli elektroneja ja aukkoja. Tavallisesti ne haihtuvat hävikiksi mutta Naikin tutkijakumppanit osoittivat, että optisen hävikin voi poimia talteen sähkön muodossa. Naikin ajatus on laittaa ne takaisin optiseen muotoon.

Nykyisten valon ylösmuuntimien hyötysuhteet ovat noin 5-10 prosenttia, mutta kehitetyllä metodilla voidaan saavuttaa 25 prosenttinen hyötysuhde.

Valjastetaan valo ajamaan kemiallisia reaktioita

Tutkimusmaailmassa on tuotettu plasmonisilla metalleilla valokemiallisia reaktioita. Jalometalleista johtuen ne ovat olleet vähemmän tehokkaita ja tutkimus onkin suuntautunut yhdistämään plasmoniikkaa ja katalyyttisiä metalleja.

Nyt University of Michiganissa tehty tutkimustyö on osoittanut, miten valosta energiaa keräävä metalli siirtää energiaa katalyyttiseen metalliin, avaten näin tien tehokkaampiin katalyyttiratkaisuihin.

Uudenlainen katalyytti voidaan valmistaa plasmonisista metalleista, joita tutkijat ovat tehostaneet hyvillä katalyyttimateriaaleilla.

Michiganin tutkijat ovat osoittaneet, että energiset elektronit eivät hypi valon kaappaajasta katalyyttiin vaan plasmoninen metalli toimii pikemminkin kuin radioantenni ja katalyytti kuin vastaanotin.

Valoa läpäisevän ohuella platinakerroksella pinnoitettu hopea muuntaa valoa pintaplasmoneiksi, joiden energia siirtyy platinapinnoitteeseen hopean ja platinan yhteisten elektronien kautta. Platina tuottaa energisiä elektroneja ja positiivisesti varautuneita aukkoja, joka voivat sitten tuottaa pinnallaan kemiallisia reaktioita.

Löydettyä mekanismia voidaan hyödyntää kehitettäessä erittäin tehokkaita ja selektiivisiä katalyyttejä.