Kuumia kantajia keräten

12.08.2020

Caltech-Harry_Atwater-GaN-carriers-cut-250.jpgTaiteilijan näkemys siitä kuinka varauksenerotusprosessi kerää kuumia kantajia.

Caltechin tutkijat ovat kehittäneet tavan ottaa irti enemmän energiaa aurinkoenergiasta - kerätä hyvin varautuneita hiukkasia ennen kuin niillä on mahdollisuus jäähtyä.

Tämä perustutkimus voisi jonain päivänä auttaa tutkijoita keräämään energiaa auringosta tehokkaammin kuin kasvien käyttämä luonnollinen fotosynteesi.

Sähkövaraus esiintyy negatiivisesti varautuneiden elektronien ja positiivisesti varautuneiden "aukkojen" muodossa. Aukot houkuttelevat vapaita elektroneja ja kun nämä kaksi yhdistyvät - tai pikemminkin, kun elektroni täyttää aukon - ne katoavat tehokkaasti eivätkä enää liiku, mikä tarkoittaa, että ne eivät enää kuljeta varausta.

Yksi luonnollisen fotosynteesin perustavanlaatuisista prosesseista on elektronien erottaminen aukoista ja siten näiden vapaiden, varautuneiden kvasipartikkeleiden eli kantajien "keräily".

Kaikkia kantajia ei luoda samalla tavoin. Kun laajavaikutteinen valonlähde, kuten aurinko, saa kantajat erittäin virittyneiksi niistä tulee "kuumia kantajia". Pian sen jälkeen ne putoavat alempaan energiatilaan ja tulevat "relaksoituneiksi kantajiksi". Tällä hetkellä aurinkopaneelit kykenevät erottamaan ja keräämään vain näitä vähemmän kuumia kantajia, mikä on yksi tekijä miksi aurinkopaneelien hyötysuhteet ovat alueella 15-20 prosenttia.

"Jos enemmän energiaa kuljettavia kuumia kantajia voitaisiin vangita, pystyisimme vääntämään kolme tai neljä kertaa enemmän energiaa aurinkovoimalla", sanoo tutkimuksen vastaava kirjoittaja Harry Atwater.

Atwater kollegoineen ovat osoittaneet ensimmäistä kertaa varauksen erotusprosessin, joka johtaa kuumien kantajien keräämiseen. He loivat liitoksen metallin (kulta) ja puolijohteen (galliumnitridi) välille ja käyttivät sitten laserpulsseja elektroni-aukko parien virittämiseen.

Alle 200 femtosekuntia jokaisen laserpulssin jälkeen - ennen kuin kantajilla on aikaa relaksoitua - he iskivät toisella koestimen valopurskeparilla, erottaen elektronit aukoista ja pitäen aukot avoimena – ”keräten" niitä niiden ollessaan vielä "kuumia".

Kuumien aukkojen keräämisen lisäksi ryhmä pystyi tarkkailemaan, kuinka aukot relaksoituivat alempaan energiatilaan - saaden käsityksen prosessin toiminnasta. He olivat yllättyneitä huomatessaan, että kun he keräsivät kuuman aukon, se muutti sen parina olevan kuuman elektronin relaksaatiodynamiikkaa.

"Tavoitteena oli kerätä sekä elektroneja että aukkoja mutta sen sijaan pystyimme keräämään aukkoja ja seuraamaan relaksaatioprosessia", Atwater kertoo. "Se oli tervetullut yllätys. Emme tienneet tai odottaneet, että elektronien ja aukkojen relaksaatioprosessit olisivat niin toisistaan riippuvaisia."

"Kehitämme edelleen perusajatuksia kuumien kantajien keräämiseen. Tämän hallitseminen on kuitenkin välttämätöntä auringonvalon tehokkaampaan muuntamiseen käyttökelpoiseksi energiaksi", Atwater sanoo.

Aiheesta aiemmin: Parannuksia orgaanisille aurinkokennoille

24.04.2024Akku ja superkonkka yhteen soppii
23.04.2024Kaareva datalinkki esteitä ohittamaan
22.04.2024Kvanttimateriaali lupaa uutta puhtia aurinkokennoille
21.04.2024Läpimurto lupaa turvallista kvanttilaskentaa kotona
20.04.2024Yksi atomikerros kultaa ja molekyylikorjaaja
19.04.2024Uusia ja yllättäviä topologiota
18.04.2024Kvanttivalo syntyy renkaassa ja lähtee kiertueelle
17.04.2024Fononit ja magnonit kaveraavat
16.04.2024E-nenälle ihmisen tasoinen hajuaisti
15.04.2024Valo valtaa alaa magnetismissa
13.04.2024Nanorakenteilla energiaa haihtuvasta vedestä
12.04.2024Bolometrit kubitteja mittaamaan
11.04.2024Kudottavia ohuita puolijohdekuituja
10.04.20242D-antenni tehostaa hiilinanoputkien valontuottoa
09.04.2024Lisää tiedonsiirtokapasiteettia langattomaan viestintään
08.04.2024Korkealaatuisia mikroaaltosignaaleja fotonisirulta
05.04.2024Kahden konstin grafeeni
04.04.2024Kohti utopistisia verkkoja
03.04.2024Lehtipihan hyönteinen inspiroi näkymättömyysrakenteita
02.04.2024Aivojen inspiroima langaton anturijärjestelmä
01.04.2024Uusi energiatehokas mikroelektroninen rakenne
29.03.2024Harppaus kohti valon nopeita tietokoneita
28.03.2024Kertakäyttöiset tekoälyanturit terveyden seurantaan
27.03.2024Kvantti-interferenssi ja transistori
26.03.2024Robotti tarttuu lihanpalaan ja keskustelee kaverinsa kanssa
25.03.2024Piin kanssa yhteensopivia magneettisia pyörteitä
23.03.2024Kaksitoiminen katalyytti tekee sen halvemmalla
22.03.2024Hiilinanoputket käyttöön
21.03.2024Fotonisirut valtaavat alaa
21.03.2024Uusi 2D-materiaalien maailma on avautumassa
19.03.2024Suprajohteet auttavat tietokoneita "muistamaan"
18.03.2024Kvanttimateriaalitutkimuksen uudet työkalut
16.03.2024Räjähtämätön vedyntuotantomenetelmä
15.03.2024Kvanttitietokoneita atomeihin perustuen
14.03.2024Elektronit vedessä ja särkyneinä
13.03.2024Sateenvarjo atomeille
12.03.2024Magnetismilla energiatehokasta laskentaa
11.03.2024Molekyylielekroniikan johteita ja kytkimiä
09.03.2024Elektroniikkaromusta kultaa edullisesti
09.03.2024Jännitystä aurinkoenergian keräämiseen
07.03.2024Kolmas ulottuvuus langattoman prosessoinnille
06.03.2024Mikroaaltoinen fotoniikkasiru nopeaan signaalinkäsittelyyn
05.03.2024Palonkestävä natriumakku
04.03.2024Polymeeripohjaiset viritettävät optiset komponentit
01.03.2024Tulevaisuuden kubitti luotiin kvanttiprosessoriin
28.02.2024Fotonien napakymppi ja tehokas ylösmuunnos
27.02.2024Elektroneja murto-osina grafeenissa
26.02.2024Elektronin ja fononin vuorovaikutuksen mysteeri
24.02.2024Entistä tehokkaampia aurinkokennoja
23.02.2024Uusi resepti kvanttisimuloinnille
22.02.2024Li-ion-johteita uuden suunnan kestäville akuille
21.02.2024Uusi laji magnetismia
20.02.2024Hyppivät atomit muistavat missä ne ovat olleet
19.02.2024Puolipallon muoto aurinkokennoon
17.02.2024Perovskiittiä vihreän vedyn tuotantoon
16.02.2024Fotoniikan nanovalmistusta printterillä
15.02.2024Neuromorfisia näkösensoreita
14.02.20242D-materiaaleista heterorakenteita
13.02.2024Magneettisten supervoimien vapauttaminen
12.02.2024Kvanttiedulla liikkuva maali
10.02.2024Antureita ympäristöhaittojen seurantaan
09.02.2024Kohti kvantti-internetiä ja kvanttiviestintää
08.02.2024Tehokkaita röntgensäteitä ja ultraviolettivaloa
07.02.2024Kubitti, jossa on sisäänrakennettu virheenkorjaus
06.02.2024Laskentaa valoaalloilla
05.02.20243D-tulostettu elektroninen iho ja näyttö
03.02.2024Läpimurto kvanttipisteisissä aurinkokennoissa
02.02.2024Äänikäyttöiset anturit säästävät miljoonia paristoja
01.02.2024Energiankeruuta ja kuvantamista samanaikaisesti
31.01.2024Pitkään kestäviä grafeenin laaksotiloja kubiteille
30.01.2024Pinoa neuroverkkojärjestelmiä rakennelohkoista
29.01.2024Vihreiden ledien tehokkuus paremmaksi
27.01.2024Ultranopea vetyvuodon anturi
26.01.2024Uusi ehdokas yleismuistiksi
25.01.2024Teollisesti valmistettava kvanttimuisti
24.01.2024Ensimmäinen topologinen kvanttipiiri
23.01.2024Grafeenista vihdoin toiminnallinen puolijohde
23.01.2024Lämpösähköä esineiden Internetille
20.01.2024Polttokenno toimii maaperässä ikuisesti
19.01.2024Tutkijat loivat loogisen kvanttiprosessorin
18.01.2024Kvanttilomittuminen ja topologia ovat erottamattomia
17.01.2024Tutkimus tasoittaa tietä paremmille metalliakuille
16.01.2024Ihmisen kuulojärjestelmä mallina yksijohtimiselle anturiryhmälle
15.01.2024Todennäköisyyspohjaisia tietokoneita ja tekoälyä
13.01.2024Valo välittää dataa sata kertaa nopeammin kuin Wi-Fi
12.01.2024More than Moore -konsepti
11.01.2024Korkeamman lämpötilan suprajohteiden kytkentää
10.01.2024Hiili tehostaa 2D-elektroniikkaa
09.01.2024Stokastista synkronia salaukseen ja neuroneille
08.01.2024Polymeeristä syntyy katalyyttikide
06.01.2024Kuupölystä aurinkokennoja
05.01.2024Kvanttipisteisiä aurinkosähkökennoja
04.01.2024Plasmoneita ja tekoälyä terahertsitutkimuksiin
03.01.2024Vetyä ja polymeeriä akkuihin
02.01.2024Aivomainen transistori jäljittelee ihmisen älykkyyttä
01.01.2024Yhdistetty "kilparata" mahdollistaa uuden optisen laitteen
29.12.2023Liukuvaa ferrosähköisyyttä ja timantteja
28.12.2023Magneto-optista materiaalia pii-integrointiin
27.12.2023Kvanttipisteanturi ei tarvitse ulkoista teholähdettä
22.12.2023Sähköistävä parannus kuparin johtavuuteen

Näytä lisää »