Физики изменили зонную структуру кремния с помощью светового импульса
Международная коллаборация ученых продемонстрировала возможность значительно улучшить оптические свойства кремния, изменяя свойства света, с которым взаимодействует материал.
Солнце — один из ключевых источников энергии для «зеленой энергетики», однако современные широкодоступные солнечные панели пока недостаточно эффективны в использовании фотонов для выработки электричества (их КПД не выше 25%). Тонкопленочные солнечные элементы могут решить эту проблему, но материалы для их изготовления либо быстро разрушаются, либо слишком дороги и сложны в производстве. Поэтому кремниевые устройства остаются наиболее интересными для исследователей и производителей.
Кремний, второй по распространенности элемент в земной коре и основа современной электроники, плохо поглощает свет. Это связано с тем, что кремний — непрямозонный полупроводник. Переход электронов между зоной проводимости и валентной зоной в нем сопровождается изменением импульса. Для осуществления электронных переходов в кремнии требуется участие фононов, квазичастиц, квантов колебания.
Международная группа ученых нашла новый подход, способный радикально изменить ситуацию. Оказалось, изменяя свойства света, можно изменить то, как он взаимодействует с веществом. Значит, существующие или оптически «недооцененные» материалы могут показывать свойства, которые раньше считались невозможными.
«Это как взмах волшебной палочки: вместо разработки новых материалов мы улучшаем свойства существующих, просто изменяя свет», — отметил первый автор нового исследования Дмитрий Фишман.
У фотона, фонона и электрона низкая вероятность одновременного взаимодействия. Это объясняет слабые оптические свойства кремния, что долгое время ограничивало эффективность солнечных панелей. Благодаря фотонам с измененным импульсом кремний можно преобразовать в прямой полупроводник, не изменяя его состав. При этом в 10 тысяч раз увеличивается способность кремния поглощать свет.
Выявленный учеными феномен меняет представления о взаимодействии света с веществом. Оптические переходы электронов внутри кремния предполагают изменение только энергетического состояния электрона. А фотоны с измененным импульсом могут изменять как энергетическое, так и импульсное состояние электронов, делая возможными новые пути для энергетических переходов частицы.
Открытие позволит уменьшить толщину кремниевых слоев и создать ультратонкие устройства и солнечные панели, которые превзойдут современные по эффективности и доступности. Этот прорыв открывает большие перспективы для оптоэлектроники и качественного улучшения возможностей использования солнечной энергии.
Авторы новой научной работы подчеркнули, что это только начало исследования физики светового ограничения на наномасштабе. Обнаруженный эффект говорит о том, что в теме влияния света на свойства вещества еще есть возможности для фундаментальных открытий.
Исследование опубликовано в журнале ACS Nano.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии