p Pesquisadores da Universidade da Pensilvânia demonstraram um novo mecanismo para extrair energia da luz, uma descoberta que poderia melhorar as tecnologias de geração de eletricidade a partir da energia solar e levar a dispositivos optoeletrônicos mais eficientes usados ​​nas comunicações. p Dawn Bonnell, Vice-reitor da Penn para pesquisa e professor curador de Ciência e Engenharia de Materiais na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas, liderou o trabalho, junto com David Conklin, estudante de doutorado. O estudo envolveu uma colaboração entre outros pesquisadores da Penn, através do Nano / Bio Interface Center, bem como uma parceria com o laboratório de Michael J. Therien da Duke University.

p "Estamos entusiasmados por ter encontrado um processo que é muito mais eficiente do que a fotocondução convencional, "Bonnell disse." Usar tal abordagem poderia tornar a coleta de energia solar e dispositivos optoeletrônicos muito melhores. "

p O estudo foi publicado na revista ACS Nano e será discutido em uma conferência de imprensa no Encontro e Exposição Nacional da American Chemical Society em Indianápolis hoje às 10h30 (EDT).

p O novo trabalho está centrado em nanoestruturas plasmônicas, especificamente, materiais fabricados a partir de partículas de ouro e moléculas sensíveis à luz de porfina, de tamanhos precisos e organizados em padrões específicos. Plasmons, ou uma oscilação coletiva de elétrons, pode ser excitado nesses sistemas por radiação óptica e induzir uma corrente elétrica que pode se mover em um padrão determinado pelo tamanho e layout das partículas de ouro, bem como as propriedades elétricas do ambiente circundante.

p Como esses materiais podem aumentar a dispersão da luz, eles têm o potencial de serem usados ​​com vantagem em uma variedade de aplicações tecnológicas, como aumentar a absorção em células solares.

p Em 2010, Bonnell e colegas publicaram um artigo em ACS Nano relatando a fabricação de uma nanoestrutura plasmônica, que induziu e projetou uma corrente elétrica através das moléculas. Em alguns casos, eles projetaram o material, uma série de nanopartículas de ouro, usando uma técnica inventada pelo grupo de Bonnell, conhecido como nanolitografia ferroelétrica.

p A descoberta foi potencialmente poderosa, mas os cientistas não conseguiram provar que a transdução aprimorada da radiação óptica em uma corrente elétrica se devia aos "elétrons quentes" produzidos pelos plasmons excitados. Outras possibilidades incluíam que a própria molécula de porfina estivesse excitada ou que o campo elétrico pudesse focalizar a luz que entrava.

p "Colocamos a hipótese de que, quando os plasmons são excitados para um estado de alta energia, devemos ser capazes de colher os elétrons do material, "Bonnell disse." Se pudéssemos fazer isso, poderíamos usá-los para aplicações de dispositivos eletrônicos moleculares, como componentes de circuito ou extração de energia solar. "

p Para examinar o mecanismo da corrente induzida por plasmon, os pesquisadores variaram sistematicamente os diferentes componentes da nanoestrutura plasmônica, mudando o tamanho das nanopartículas de ouro, o tamanho das moléculas de porfina e o espaçamento desses componentes. Eles projetaram estruturas específicas que descartavam as outras possibilidades, de modo que a única contribuição para a fotocorrente aprimorada pudesse vir dos elétrons quentes colhidos dos plasmons.

p "Em nossas medições, em comparação com a fotoexcitação convencional, vimos aumentos de três a 10 vezes na eficiência do nosso processo, "Bonnell disse." E nem sequer otimizamos o sistema. Em princípio, você pode imaginar grandes aumentos de eficiência. "

p Dispositivos que incorporam este processo de coleta de elétrons quentes induzidos por plasmon podem ser personalizados para diferentes aplicações, alterando o tamanho e o espaçamento das nanopartículas, que alteraria o comprimento de onda da luz ao qual o plasmon responde.

p "Você poderia imaginar ter uma tinta em seu laptop que agia como uma célula solar para alimentá-lo usando apenas a luz solar, "Bonnell disse." Esses materiais também podem melhorar os dispositivos de comunicação, tornando-se parte de circuitos moleculares eficientes. "