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新型光电探测器能模仿光合作用

美国密歇根大学研究人员在《光学》期刊发表论文称,他们使用被称为极化子的独特准粒子开发了一种新型高效光电探测器,其灵感来自植物用来将阳光转化为能量的光合复合物。该设备将光能的远程传输与电流的远程转换相结合,有可能大大提高太阳能电池的发电效率。

  在许多植物中发现的光合复合物由一个大的光吸收区域组成,该区域将分子激发态能量传递到反应中心,在那里能量转化为电荷。极化子将分子激发态与光子结合在一起,赋予它类光和类物质的特性,从而实现远距离能量传输和转换。这种新型光电探测器是首次展示基于极化子的实用光电设备之一。

  为了创建基于极化子的光电探测器,研究人员必须设计允许极化子在有机半导体薄膜中长距离传播的结构。此外,他们必须将一个简单的有机检测器集成到传播区域中,以产生有效的极化子到电荷的转换。

  研究人员使用特殊的傅里叶平面显微镜来观察极化子传播,以分析他们的新设备。结果表明,新的光电探测器在将光转换为电流方面比硅光电二极管更有效。它还可从大约0.01平方毫米的区域收集光,并在0.1毫米的“超长”距离内实现光到电流的转换——这个距离比光合复合物的能量传递距离大3个数量级。

  到目前为止,观察的大多数极化子为封闭腔中的静止准粒子,顶部和底部都有高反射镜。这项新研究揭示了极化子如何在单个镜子的开放结构中传播,新设备还允许首次测量入射光子转换为极化子的效率。


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