Materialforskare vid Nano/Bio Interface Center vid University of Pennsylvania har demonstrerat omvandlingen av optisk strålning till elektrisk ström i en molekylär krets. Systemet, en rad guldmolekyler i nanostorlek, svara på elektromagnetiska vågor genom att skapa ytplasmoner som inducerar och projicerar elektrisk ström över molekyler, liknande den för solceller.

Resultaten kan ge ett tekniskt tillvägagångssätt för energiskörd med högre effektivitet med en krets i nanostorlek som kan driva sig själv, potentiellt genom solljus. Nyligen, ytplasmoner har konstruerats till en mängd olika ljusaktiverade enheter såsom biosensorer.

Det är också möjligt att systemet kan användas för datalagring. Medan den traditionella datorprocessorn representerar data i binär form, antingen på eller av, en dator som använde sådana fotovoltaiska kretsar kunde lagra data som motsvarar ljusets våglängder.

Eftersom molekylära föreningar uppvisar ett brett spektrum av optiska och elektriska egenskaper, strategierna för tillverkning, testning och analys som belyses i denna studie kan utgöra grunden för en ny uppsättning enheter där plasmonkontrollerade elektriska egenskaper hos enstaka molekyler kan utformas med breda implikationer för plasmoniska kretsar och optoelektroniska och energiskördande enheter.

Dawn Bonnell, en professor i materialvetenskap och chef för Nano/Bio Interface Center i Penn, och kollegor tillverkade en rad ljuskänsliga, guld nanopartiklar, länka dem på ett glassubstrat. Minimera utrymmet mellan nanopartiklarna till ett optimalt avstånd, forskare använde optisk strålning för att excitera ledande elektroner, kallas plasmoner, att rida på guldnanopartiklarnas yta och fokusera ljus till korsningen där molekylerna är anslutna. Plasmoneffekten ökar effektiviteten av nuvarande produktion i molekylen med en faktor på 400 till 2000 procent, som sedan kan transporteras genom nätet till omvärlden.

I det fall där den optiska strålningen exciterar en ytplasmon och nanopartiklarna är optimalt kopplade, ett stort elektromagnetiskt fält etableras mellan partiklarna och fångas upp av guldnanopartiklar. Partiklarna kopplas sedan till varandra, bildar en perkolativ bana över motsatta elektroder. Storleken, form och separation kan skräddarsys för att konstruera området för fokuserat ljus. När storleken, form och separation av partiklarna är optimerade för att producera en "resonant" optisk antenn, förbättringsfaktorer på tusentals
kan bli resultatet.

Vidare, teamet visade att storleken på fotokonduktiviteten hos de plasmonkopplade nanopartiklarna kan ställas in oberoende av molekylens optiska egenskaper, ett resultat som har betydande konsekvenser för framtida optoelektroniska enheter i nanoskala.

"Om effektiviteten i systemet kunde skalas upp utan ytterligare, oförutsedda begränsningar, vi skulle kunna tänka oss att tillverka en enförstärkare, ett voltsprov diametern på ett människohår och en tum långt, sa Bonnell.

Studien publiceras i det aktuella numret av tidskriften ACS Nano .