NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2014/plasmo-elektrisch-effect-nieuw-mechanisme-zet-licht-om-in-elektriciteit-nr-131/

Geprint op :
14 december 2018
11:41:46

Onderzoekers van FOM-instituut AMOLF en het California Institute of Technology (Caltech) hebben een nieuwe methode ontdekt voor het genereren van elektrische spanning met licht. Met behulp van minutieus ontworpen metalen nanocircuits konden zij licht effectief invangen en omzetten in een elektrische potentiaal van honderd millivolt. Het onderzoek is eind 2014 gepubliceerd in het tijdschrift Science.

Kleine deeltjes van edelmetalen zoals koper, zilver en goud staan bekend om hun kleurrijke spectra wanneer er licht op valt. Een bekend voorbeeld vormen de gebrandschilderde ramen in oude kerken. Kleine metalen deeltjes in het glas zorgen daar voor de kleuren. Het licht dat op deze deeltjes schijnt, wordt omgezet in plasmonen, trillingen van de vrije elektronen in het metaal. De trillingen leiden tot sterke absorptie en verstrooiing van bepaalde kleuren van het licht.

Gaatjesrooster
Het Nederlands-Amerikaanse wetenschapsteam onderzocht het lichtabsorptieproces in kunstmatig gecreëerde metalen nanocircuits. Ze maakten de circuits met behulp van moderne cleanroomtechnieken. De circuits zijn samengesteld uit een vierkant rooster van gaatjes met een diameter van 100 nm. De gaatjes zitten in een 20-nm-dunne gouden film. Net als bij de nanodeeltjes in gebrandschilderde ramen vertoont het gaatjesrooster heldere plasmonresonanties. De afstand tussen de gaatjes bepaalt de kleur.

Van blauw naar rood
De onderzoekers bestraalden de nanocircuits met een laser. Zo veranderden zij de kleur van het licht geleidelijk van blauw naar rood. Daardoor ontstond eerst een negatieve spanning (-100 mV) voor het blauwe licht en vervolgens een positieve spanning (+100 mV) voor het rode licht. De spanning werd gemeten met een ultragevoelige naald vlak boven het belichte circuit.

Licht veroorzaakt temperatuurschommeling
De onderzoekers ontwikkelden vervolgens een thermodynamisch model dat de gemeten verschijnselen goed beschrijft. Het invallende licht brengt kleine temperatuurschommelingen teweeg die een thermodynamische drijvende kracht leveren voor de uitwisseling van elektrische ladingen op de schakeling. Dat leidt tot de gemeten spanning.

Mogelijkheden voor nanocircuits en zonnecellen
Het nieuwe mechanisme kan van pas komen  om elektrische nanocircuits met behulp van licht van spanning te voorzien. Daarnaast onderzoeken de wetenschappers of ze met dit nieuwe mechanisme energie uit zonlicht kunnen opwekken.

Meer informatie
Plasmoelectric potentials in metal nanostructures, M. Sheldon, J. van de Groep, A.M. Brown, A. Polman and H.A. Atwater, Science 346, 828 (2014).
http://www.sciencemag.org/content/346/6211/828.abstract