Valosähköisiä nanoputkia

TEM-mikroskopiakuva ja yleiskuva ontosta nanoputkesta. Valkoisen mittaviivan pituus on 10 nanometriä.

Tokion yliopiston professori Yoshihiro Iwasan tutki kansainvälisen fyysikkoryhmän kanssa erikoispuolijohteisen nanoputken mahdollisia toimintoja, kun hänellä sytytti. Hän loistatti laserilla valoa nanoputkelle havaitakseen jotain kiinnostavaa.

Tietyt aallonpituudet ja valon intensiteetit indusoivat virran näytteessä? On olemassa useita valosähköisiä materiaaleja, mutta nyt nanoputken luonne ja käyttäytyminen aiheuttivat säpinää.

”Materiaali tuotti sähköä, kuten aurinkopaneelit, mutta eri tavalla”, Iwasa toetaa. ”Yhdessä Max Planckin tutkimuslaitoksen tutkija Dr. Yijin Zhangin kanssa osoitimme ensimmäistä kertaa, että nanomateriaalit voivat ylittää esteen, joka pian rajoittaa nykyistä aurinkotekniikkaa. Nykyään aurinkopaneelit ovat niin hyviä kuin ne voivat olla, mutta teknologiamme voisi parantaa niitä.”

Virtaa aiheuttava nanoputki on valmistettu volframidisulfidiin perustuvan puolijohdemateriaalin rullatuista levyistä (WS2). Levyt eivät aiheuta virtaa valon läsnä ollessa, ellei niitä ole valssattu putkiksi. Esiin tullut käyttäytyminen ei ole luontainen materiaalille, ennen kuin sitä muutetaan. Mielenkiintoista on se, miten se eroaa olemassa olevista fotosähkömateriaaleista.

Yleensä pn-liitokseen perustuva valosähkö on parantanut tehokkuuttaan 80 vuoden kuluessa niiden löytymisestä. Ne ovat kuitenkin lähellä teoreettisia rajojaan, mikä johtuu osittain niiden tarpeesta järjestellä useita materiaaleja.

WS2 nanoputket eivät ole riippuvaisia materiaalien välisistä liitoksista saavuttaakseen valosähköisen vaikutuksen. Kun ne altistuvat valolle, ne synnyttävät virran läpi koko niiden rakenteen eli ”bulkkitavarassa”. Tätä kutsutaan bulkkivalosähköiseksi vaikutukseksi (BPVE) ja se tapahtuu, kun WS2 nanoputki ei ole symmetrinen, jolloin indusoituvalla virralla on edullisin suunta.

Yleensä symmetriset nanoputket - kuten kuuluisat hiilinanoputket - eivät osoita BPVE:tä huolimatta niiden vaikuttavista sähkönjohtavuuden ominaisuuksista.

”Tutkimuksemme osoittaa BPVE:n tehokkuuden paranemisen kokonaisuudessaan verrattuna muihin aineisiin,” jatkoi Iwasa. ”Tästä tuotosta huolimatta WS2-nanoputkea ei voi vielä verrata pn-liitosmateriaalien tuottamaan potentiaaliin. Tämä johtuu siitä, että laite on nanoskooppinen ja sitä on vaikea tehdä suuremmaksi. Mutta se on mahdollista ja toivon, että kemistit inspiroituvat tästä haasteesta."

Pitkällä aikavälillä tutkijat toivovat, että tällainen materiaali voisi mahdollistaa tehokkaampien aurinkopaneelien valmistuksen. Mutta lähitulevaisuudessa odotettavissa olevat koon rajoitukset huomioon ottaen on todennäköisempää, että sitä käytetään muissa sovelluksissa, kuten aiempaa herkemmissä optisissa tai infrapuna-antureissa.

Aiheesta aiemmin:

Valosähköisen rajan ylittäen

Nanokoneita ja antureita hiilinanoputkista

Nanobitteja-sivusto siirtyy nyt kesätauolle mutta aiheisiin palataan sitten elokuussa. Aurinkoista kesää kaikille.