Forskare från FOM Institute AMOLF och California Institute of Technology har upptäckt en ny metod för att generera elektriska potentialer med hjälp av ljus. Med hjälp av minutiöst skulpterade metall -nanokretsar kunde de effektivt fånga ljus och omvandla det till en elektrisk potential på 100 millivolt. Forskningsresultaten publiceras den 30 oktober i tidskriften Vetenskap .

AMOLF-Caltech-teamet, som har arbetat tillsammans i många år, kallar den nyupptäckta effekten för 'plasmoelektrisk effekt'. Albert Polman, ledare för AMOLF -delen av teamet:"Detta är ett helt nytt sätt att omvandla ljus till elektricitet. Vi har nu visat att en elektrisk spänning kan genereras. Nästa steg är att se om vi också kan samla elektrisk ström och generera elektrisk kraft."

Små partiklar av ädelmetaller som koppar, silver och guld är kända för att avge färgglada spektrum om de är upplysta. Ett välkänt exempel är glasmålningar i gamla kyrkor där färgerna bildas av små metallnanopartiklar som har inneslutits i glaset. Ljuset som lyser på dessa partiklar omvandlas till plasmoner:oscillationer av de fria elektronerna i metallen. Det resulterar i stark absorption och diffraktion av vissa ljusfärger.

AMOLF-Caltech-teamet undersökte denna ljusabsorberingsprocess i konstgjorda metallnanostrukturer. De tillverkade dessa med hjälp av moderna renrumstekniker. De upplyste guldnanosfärer med ljus och upptäckte att en negativ elektrisk potential uppstod när dessa sfärer belystes med blått ljus. Omvänt, de upptäckte en positiv potential vid rött ljus. Forskarna mätte den elektriska spänningen med en ultrakänslig nål som de placerade ovanför de upplysta nanopartiklarna.

Inspirerat av detta första resultat tillverkade laget metall -nanokretsar, bestående av en fyrkantig matris med små hål med en diameter på 100 nanometer i en tunn guldfilm. Precis som nanopartiklarna, dessa matriser uppvisade tydliga plasmonresonanser, för vilken avståndet mellan hålen bestämde färgen. Om kretsarna belystes med en laser och ljusets färg gradvis ändrades från blått till rött, först uppstod en negativ potential (-100 millivolt, blått ljus) och därefter en positiv potential (+100 millivolt, rött ljus).

Forskarna utvecklade därefter en teoretisk modell med vilken de uppmätta fenomenen kunde beskrivas väl. Det infallande ljuset framkallar små temperaturfluktuationer som ger en termodynamisk kraft för utbyte av elektriska laddningar på omkopplaren. Det resulterar i de uppmätta potentialerna.