15:57 2022-12-05
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Poate o nouă tehnică de captare a electronilor „fierbinți” să facă celulele solare mai eficiente?
_ Poate un o nouă tehnică de captare a electronilor „fierbinți” face celulele solare mai eficiente?
O nouă modalitate de extragere a informațiilor cantitative din experimente de ultimă generație cu o singură moleculă a fost dezvoltată de fizicienii de la Universitatea din Bath. Folosind aceste informații cantitative, cercetătorii vor putea sonda fizica ultra-rapidă a electronilor „fierbinți” de pe suprafețe – aceeași fizică care guvernează și limitează eficacitatea celulelor solare pe bază de siliciu.
Celule solare. lucrează prin transformarea luminii în electroni, a căror energie poate fi colectată și recoltată. O celulă solară fierbinte este un tip nou de celulă care transformă lumina solară în electricitate mai eficient decât celulele solare convenționale. Cu toate acestea, eficiența acestui proces este limitată de crearea de electroni energetici sau „fierbinți”, care au o viață extrem de scurtă și își pierd cea mai mare parte a energiei în jurul lor în primele câteva femtosecunde ale creării lor (1 femtosecundă este egală cu 1/1.000.000.000.000.000). de o secundă).
Durata de viață ultrascurtă a electronilor fierbinți și distanța scurtă corespunzătoare pe care o pot parcurge înseamnă că sondarea și influențarea proprietăților electronilor fierbinți este o provocare experimentală. Până în prezent, au existat câteva tehnici capabile să ocolească aceste provocări, dar niciuna nu s-a dovedit capabilă de rezoluție spațială - adică nu ne pot spune despre legătura crucială dintre structura atomică a unui material și dinamica electronilor fierbinți din acel material. .
Manipularea unei ținte
Cercetătorii de la Departamentul de Fizică din Bath au studiat electronii fierbinți folosind un microscop cu scanare tunel (STM). Acest dispozitiv este proiectat să imagineze atomi și molecule individuali. Prin injectarea unui curent electric mic (un fascicul de electroni fierbinți) într-o singură moleculă țintă, dispozitivul poate, de asemenea, să manipuleze o țintă — mișcând-o, rotind-o, rupând o legătură chimică sau creând o nouă legătură chimică.
Manipularea atomică este limita supremă a nanoștiinței și a chimiei cu o singură moleculă. Acestea sunt domeniile fizicii care folosesc materia la scară atomică sau moleculară pentru a studia proprietățile electrice, optice, termice și mecanice ale materialelor. Până în prezent, manipularea atomică a fost folosită pentru a dezvolta (printre altele) mașini moleculare (unde, de exemplu, o moleculă se rotește atunci când este aplicat un curent de electroni) și emițători de lumină cu o singură moleculă (cele mai mici diode organice emițătoare de lumină).< /p>
Întorcându-se știința pe cap
Oamenii de știință din Bath, totuși, au dat peste cap experimentele tradiționale. În loc să folosească un fascicul de electroni pentru a măsura și controla ceea ce face molecula țintă, ei au folosit moleculele pentru a măsura ceea ce fac electronii înșiși.
„Am folosit reacții cu o singură moleculă ca sondă pentru soarta electronilor fierbinți în primele câteva femtosecunde ale vieții lor — înainte de a-și pierde energia în mediul înconjurător”, a explicat dr. Kristina Rusimova de la Departamentul de Fizică, care a condus cercetarea.
Această lucrare. deschide o nouă rută pentru măsurarea cantitativă și precisă a proceselor cu electroni fierbinți și controlul acestora. În timp, se speră că va alimenta noul câmp al celulelor solare fierbinți, unde scopul este de a capta energia unui electron creat într-o celulă fotovoltaică înainte ca acesta să piardă energie în mediul înconjurător în primele câteva femtosecunde minuscule ale existența sa.
Studiul este publicat în Nanoscale Advances.
Dr. Peter Sloan, cercetătorul în Fizica băii care a proiectat experimentul și a construit modelul pe care s-a bazat această cercetare, a spus: „O nouă înțelegere a proceselor care stau la baza soartei încărcăturilor elementare este printre cele mai importante contribuții la nanoștiință. Experimentele cu nanosonde moleculare deschid noi , modalități neexplorate anterior de a analiza comportamentul purtătorilor de sarcină fierbinte la scara lor relevantă de lungime atomică.”
Dr. Rusimova a adăugat: „Prin experimente de ultimă generație, riguroase și extinse, am identificat mecanismul fizic responsabil nu numai pentru transportul sarcinii pe o suprafață de siliciu, ci și pentru etapa finală de manipulare, în care o moleculă este excitată de un electron. este ejectat de pe suprafața de siliciu, dar în mod esențial numai după ce electronul fierbinte și-a pierdut deja excesul de energie termică. Pentru prima dată, am legat dependența energetică a acestui pas de manipulare de structura subiacentă a benzii electronice de suprafață."
În mod intrigant, acesta este, de asemenea, un punct de plecare pentru proiectarea altor materiale mai complexe, unde ar trebui să fie posibil să se controleze transportul de electroni fierbinți, de exemplu, prin crearea de defecte pentru a modifica în mod deliberat peisajul energetic al materialului sau prin reglarea materialului. temperatura.
Comentarii:
Adauga Comentariu