p Melhorar a sensibilidade dos sensores de luz ou a eficiência das células solares requer um ajuste fino da captura de luz. Os pesquisadores da KAUST usaram geometria complexa para desenvolver minúsculas coberturas em forma de concha que podem aumentar a eficiência e a velocidade dos fotodetectores. p Muitos projetos de cavidades ópticas foram investigados para buscar a eficiência da luz:seja capturando a onda eletromagnética ou confinando a luz na região ativa do dispositivo para aumentar a absorção. A maioria emprega esferas simples de escala micrométrica ou nanométrica nas quais a luz se propaga em círculos no interior da superfície, conhecido como modo de galeria sussurrante.

p Ex-cientista do KAUST, Der-Hsien Lien, agora um pesquisador de pós-doutorado na Universidade da Califórnia, Berkeley, e seus colegas da China, A Austrália e os EUA demonstram que uma geometria mais complexa compreendendo conchas convexas em nanoescala melhora o desempenho dos fotodetectores, aumentando a velocidade com que operam e permitindo-lhes detectar a luz de todas as direções.

p Os efeitos de superfície desempenham um papel importante na operação de alguns dispositivos, explica o investigador principal da KAUST, Jr-Hau He. Os nanomateriais oferecem uma maneira de melhorar o desempenho devido à sua alta proporção entre superfície e volume. "Contudo, embora os nanomateriais tenham maior sensibilidade na detecção de luz em comparação com o volume, as interações luz-matéria são mais fracas porque são mais finas, "descreve Ele." Para melhorar isso, nós projetamos estruturas para capturar a luz. "

p Os pesquisadores fizeram suas multi-nanoconchas esféricas a partir do óxido de zinco semicondutor. Eles imergiram esferas de carbono sólido em uma solução de sal de óxido de zinco, revesti-los com o material óptico. O tratamento térmico removeu o molde de carbono e definiu a geometria das nanoestruturas de óxido de zinco restantes, incluindo o número de conchas e o espaçamento entre elas. Assim, Lien e seus colegas foram capazes de projetar a interação entre as camadas externa e interna para induzir um modo de galeria sussurrante e absorção de luz perto da superfície do nanomaterial.

p A equipe incorporou suas nanoconchas a um fotodetector. A simetria das nanoconchas esféricas significava que o modo de galeria sussurrante poderia ser excitado com pouca dependência do ângulo de incidência ou da polarização da luz incidente.

p Um problema encontrado com fotodetectores anteriores baseados em nanopartículas de óxido metálico é sua velocidade lenta, com os dispositivos levando várias centenas de segundos para responder. Usando nanoconchas de óxido de zinco, os fotodetectores foram capazes de responder em 0,8 milissegundos.

p “Essa estratégia pode ser aplicada a outro trabalho, como células solares e dispositivos separadores de água, "diz Ele." No futuro, veremos diferentes sistemas de materiais e estruturas de design que também melhoram o desempenho do dispositivo nessas outras aplicações. "