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 Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Ученые выяснили, что золото владеет уникальной «техникой самообороны», которая защищает его от потускнения. Оказалось, атомы на поверхности этого металла способны самостоятельно перестраиваться в особые защитные структуры. Такой невидимый барьер блокирует контакт с кислородом и подавляет процесс окисления в триллион раз эффективнее, чем поверхность любого другого металла.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
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.
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.
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