Impressão artística do efeito plasmoelétrico. Uma agulha ultrassensível mede a voltagem que surge se um laser iluminar um nanocircuito de metal que consiste em uma matriz quadrada de minúsculos orifícios em uma fina película de ouro. Créditos:Amolf / Tremani
Pesquisadores do FOM Institute AMOLF e do California Institute of Technology descobriram um novo método para a geração de potenciais elétricos usando luz. Com a ajuda de nanocircuitos de metal minuciosamente esculpidos, eles puderam efetivamente capturar a luz e convertê-la em um potencial elétrico de 100 milivolts. Os resultados da pesquisa são publicados no dia 30 de outubro na revista. Ciência .
A equipe AMOLF-Caltech, que tem trabalhado juntos por muitos anos, chama o efeito recém-descoberto de 'efeito plasmoelétrico'. Albert Polman, líder da parte AMOLF da equipe:"Esta é uma maneira inteiramente nova de converter luz em eletricidade. Agora demonstramos que uma tensão elétrica pode ser gerada; o próximo passo é ver se podemos também coletar corrente elétrica e gerar eletricidade potência."
Pequenas partículas de metais preciosos, como cobre, prata e ouro são conhecidos por emitir espectros coloridos se forem iluminados. Um exemplo bem conhecido são os vitrais em igrejas antigas em que as cores são formadas por pequenas nanopartículas de metal que foram encerradas no vidro. A luz que brilha sobre essas partículas é convertida em plasmons:oscilações dos elétrons livres no metal. Isso resulta em forte absorção e difração de certas cores de luz.
A equipe AMOLF-Caltech investigou esse processo de absorção de luz em nanoestruturas de metal criadas artificialmente. Eles os fabricaram com a ajuda de técnicas modernas de sala limpa. Eles iluminaram nanoesferas de ouro com luz e descobriram que um potencial elétrico negativo surgia quando essas esferas eram iluminadas com luz azul. Por outro lado, eles descobriram um potencial positivo no caso da luz vermelha. Os pesquisadores mediram a voltagem elétrica usando uma agulha ultrassensível que colocaram acima das nanopartículas iluminadas.
Inspirada por este resultado inicial, a equipe fabricou nanocircuitos de metal, consistindo de uma matriz quadrada com orifícios minúsculos com um diâmetro de 100 nanômetros em uma fina película de ouro. Assim como as nanopartículas, essas matrizes exibiram ressonâncias plasmônicas claras, para o qual a distância entre os furos determinou a cor. Se os circuitos fossem iluminados com laser e a cor da luz mudasse gradualmente de azul para vermelho, primeiro surgiu um potencial negativo (-100 milivolts, luz azul) e, subsequentemente, um potencial positivo (+100 milivolt, luz vermelha).
Os pesquisadores posteriormente desenvolveram um modelo teórico com o qual os fenômenos medidos poderiam ser bem descritos. A luz incidente provoca pequenas flutuações de temperatura que fornecem uma força termodinâmica para a troca de cargas elétricas no interruptor. Isso resulta nos potenciais medidos.
O efeito plasmoelétrico recém-descoberto. (a) Representação esquemática de uma nanosfera de metal que se torna eletricamente carregada quando iluminada com luz. (b) Imagem de microscópio eletrônico do nanocircuito de metal feito de uma matriz de furos ultra-pequenos em um filme de ouro fino. (c) Espectros de absorção óptica medidos para nanocircuitos de metal com distâncias variáveis entre os orifícios (175, 225, 250 e 300 nanômetros). (d) Potencial elétrico dos nanocircuitos em (c), em função do comprimento de onda da luz incidente. O potencial medido varia de -100 milivolts a +100 milivolts conforme o comprimento de onda muda de azul para vermelho.
