p Usando componentes em escala nanométrica, pesquisadores demonstraram a primeira retena óptica, um dispositivo que combina as funções de uma antena e um diodo retificador para converter a luz diretamente em corrente DC. p Com base em nanotubos de carbono com várias paredes e retificadores minúsculos fabricados neles, os retenos ópticos poderiam fornecer uma nova tecnologia para fotodetectores que operariam sem a necessidade de resfriamento, coletores de energia que converteriam o calor residual em eletricidade - e, em última análise, para uma nova maneira de capturar a energia solar de forma eficiente.

p Nos novos dispositivos, desenvolvido por engenheiros do Georgia Institute of Technology, os nanotubos de carbono atuam como antenas para capturar a luz do sol ou de outras fontes. Conforme as ondas de luz atingem as antenas de nanotubos, eles criam uma carga oscilante que se move através de dispositivos retificadores conectados a eles. Os retificadores ligam e desligam em altas velocidades petahertz recordes, criando uma pequena corrente contínua.

p Bilhões de retenos em uma matriz podem produzir corrente significativa, embora a eficiência dos dispositivos demonstrados até agora permaneça abaixo de um por cento. Os pesquisadores esperam aumentar essa produção por meio de técnicas de otimização, e acreditam que uma retina com potencial comercial pode estar disponível dentro de um ano.

p "Poderíamos, no final das contas, fazer células solares duas vezes mais eficientes a um custo dez vezes menor, e isso é para mim uma oportunidade de mudar o mundo de uma forma muito grande ", disse Baratunde Cola, professor associado da Escola de Engenharia Mecânica George W. Woodruff da Georgia Tech. "Como um robusto, detector de alta temperatura, essas retennas podem ser uma tecnologia totalmente disruptiva se conseguirmos obter eficiência de um por cento. Se pudermos obter maior eficiência, poderíamos aplicá-lo a tecnologias de conversão de energia e captura de energia solar. "

p A pesquisa, apoiado pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA), o Centro de Sistemas de Guerra Espacial e Naval (SPAWAR) e o Escritório de Pesquisa do Exército (ARO), está programado para ser relatado em 28 de setembro na revista Nature Nanotechnology .

p Desenvolvido nas décadas de 1960 e 1970, retenas operaram em comprimentos de onda tão curtos quanto dez mícrons, mas por mais de 40 anos os pesquisadores vêm tentando fazer dispositivos em comprimentos de onda ópticos. Houve muitos desafios:tornar as antenas pequenas o suficiente para acoplar comprimentos de onda ópticos, e fabricar um diodo retificador correspondente pequeno o suficiente e capaz de operar rápido o suficiente para capturar as oscilações das ondas eletromagnéticas. Mas o potencial de alta eficiência e baixo custo manteve os cientistas trabalhando na tecnologia.

p "A física e os conceitos científicos já foram divulgados, "disse Cola." Agora era o momento perfeito para experimentar algumas coisas novas e fazer um dispositivo funcionar, graças aos avanços na tecnologia de fabricação. "

p Usando nanotubos de carbono de múltiplas paredes metálicas e técnicas de fabricação em nanoescala, Cola e colaboradores Asha Sharma, Virendra Singh e Thomas Bougher construíram dispositivos que utilizam a natureza ondulatória da luz ao invés de sua natureza particulada. Eles também usaram uma longa série de testes - e mais de mil dispositivos - para verificar medições de corrente e tensão para confirmar a existência de funções retênicas que haviam sido previstas teoricamente. Os dispositivos operaram em uma faixa de temperaturas de 5 a 77 graus Celsius.

p A fabricação das retinas começa com o crescimento de florestas de nanotubos de carbono alinhados verticalmente em um substrato condutor. Usando a deposição de vapor químico da camada atômica, os nanotubos são revestidos com um material de óxido de alumínio para isolá-los. Finalmente, a deposição física de vapor é usada para depositar finas camadas opticamente transparentes de cálcio e metais de alumínio no topo da floresta de nanotubos. A diferença de funções de trabalho entre os nanotubos e o cálcio fornece um potencial de cerca de dois elétron-volts, o suficiente para expulsar elétrons das antenas de nanotubos de carbono quando são excitadas pela luz.

p Em operação, ondas oscilantes de luz passam pelo eletrodo transparente de cálcio-alumínio e interagem com os nanotubos. As junções metal-isolante-metal nas pontas dos nanotubos servem como retificadores ligando e desligando em intervalos de femtossegundos, permitindo que os elétrons gerados pela antena fluam para o eletrodo superior. Capacitância ultrabaixa, na ordem de alguns attofarads, permite que o diodo de 10 nanômetros de diâmetro opere nessas frequências excepcionais.

p "Uma retena é basicamente uma antena acoplada a um diodo, mas quando você se move para o espectro óptico, que geralmente significa uma antena em nanoescala acoplada a um diodo metal-isolador-metal, "Cola explicou." Quanto mais perto você pode levar a antena do diodo, mais eficiente ele é. Portanto, a estrutura ideal usa a antena como um dos metais do diodo - que é a estrutura que fizemos. "

p As retenas fabricadas pelo grupo da Cola são cultivadas em substratos rígidos, mas o objetivo é cultivá-los em uma folha ou outro material que produza células solares flexíveis ou fotodetectores.

p Cola vê as retenas construídas até agora como uma simples prova de princípio. Ele tem ideias de como melhorar a eficiência trocando os materiais, abrindo os nanotubos de carbono para permitir múltiplos canais de condução, e reduzindo a resistência nas estruturas.

p "Achamos que podemos reduzir a resistência em várias ordens de magnitude apenas melhorando a fabricação de nossas estruturas de dispositivos, "disse ele." Com base no que outros fizeram e no que a teoria nos mostra, Acredito que esses dispositivos poderiam ter uma eficiência superior a 40 por cento. "