Импульс фотонов – ключ к созданию высокоэффективных солнечных элементов?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Наука не стоит на месте, постоянно открывая новые горизонты и переписывая, казалось бы, незыблемые законы природы. Недавнее исследование, проведенное учеными Калифорнийского университета в Ирвайне совместно с коллегами из России и Израиля, бросает вызов устоявшимся представлениям о взаимодействии света и материи, предлагая революционный подход к повышению эффективности кремния — краеугольного камня современной электроники.

Долгое время считалось, что оптические свойства материала определяются исключительно его внутренней структурой. Ученые же решили пойти другим путем, не меняя сам кремний, а изменяя свойства взаимодействующего с ним света. Ключевую роль в этом открытии сыграл импульс фотонов.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Представьте себе бильярдный стол. Если шар катится медленно, он может столкнуться с другим шаром и передать ему лишь часть своей энергии. Но если шар разогнать до огромной скорости, удар будет гораздо сильнее, и второй шар получит значительно больше энергии.

Аналогичный принцип действует и в мире фотонов. Ученые обнаружили, что, ограничивая свет на наномасштабном уровне, можно значительно увеличить импульс фотонов. Это «разгоняет» фотоны до таких скоростей, что их импульс становится сравним с импульсом электронов в материале.

Что это значит на практике?

В обычных условиях кремний — непрямозонный полупроводник. Это значит, что для поглощения света ему необходимы не только фотоны, но и фононы (колебания кристаллической решетки). Вероятность одновременного взаимодействия фотона, фонона и электрона крайне мала, что делает кремний слабым поглотителем света.

Однако, фотоны с повышенным импульсом способны взаимодействовать с электронами напрямую, минуя фононы. Этот механизм, названный «диагональными переходами», эффективно превращает кремний в прямозонный полупроводник, многократно усиливая его способность поглощать свет.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Перспективы открытия грандиозны.

Во-первых, это открывает путь к созданию ультратонких и высокоэффективных солнечных элементов. Традиционные кремниевые батареи требуют толстых слоев материала для эффективного поглощения света. Новый подход позволяет снизить толщину кремниевых слоев на несколько порядков, сокращая производственные затраты и повышая КПД.

Во-вторых, открытие может привести к революции в оптоэлектронике. Возможность управлять оптическими свойствами кремния с помощью света открывает новые горизонты для создания быстрых и энергоэффективных устройств, таких как светодиоды, лазеры и оптические чипы.

Важно отметить, что этот подход не требует изменения самого кремния. Он совместим с существующими технологиями производства, что значительно упрощает его внедрение в промышленность.

Исследование, проведенное учеными из США, России и Израиля, демонстрирует, что манипулируя свойствами света, можно радикально изменить взаимодействие света и материи. Это открытие имеет огромный потенциал для развития солнечной энергетики, оптоэлектроники и других областей, основанных на взаимодействии света и вещества. Возможно, именно этот подход станет ключом к созданию новых, более эффективных и доступных технологий, которые изменят наш мир к лучшему.

6 комментариев

Добавить комментарий

a
Не надо приводить неверные аналогии если не понимаете физику.
И «разогнанный» биллиардный шар может передать другому малый импульс. И «неразогнанный» — весь свой импульс.
l
«разгон фотона до огромных скоростей» звучит как «охлаждение ниже абсолютного нуля»…
1
То есть, теперь будет разгонять не процессоры, а скорость света выше скорости света? Хитро! (Нет)
Ждем следующую новость с делением на ноль и вечными двигателями.
Y
Можно разгонять скорость света в среде выше скорости света в вакууме
a
Нельзя. Можно разогнать другие частицы в среде быстрее, чем свет в той же среде — эффект Вавилова-Черенкова. То, что фазовая скорость может быть больше скорости света в вакууме, ничего не означает — передачи информации не происходит.
1
Но это все равно не дает ответа, причем здесь в новости шатание импульса фотонов. Ведь до этого сотню лет говорили про изменение длины волны света в веществе (а длина волны строго соответствует конкретному импульсу фотона, и конкретной энергии фотона, и конкретной релятивистской массе фотона). Смысл новости в том, что вместо длины волны исследователи решили использовать другой способ обозначения энергии фотона в веществе? Как то даже не смешно)

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Когда просыпаются первые клещи и как защитить собаку, если привычные капли не помогают?

Первые клещи просыпаются ещё тогда, когда снег только начинает таять, а земля прогревается всего до +1…+3°C. Они не сидят на берёзах, как думают многие, а устраивают засады в прошлогодней...

Где рождаются магнитные бури: астрофизики нашли источник 11-летних циклов Солнца на глубине 200 000 километров

Активность Солнца не постоянна. Она подчиняется циклу, который длится в среднем одиннадцать лет. На пике этого цикла на поверхности звезды появляется большое количество темных пятен, происходят...

Как шахматы и шахматные фигуры меняли свои названия: путь игры и фигур от Индии до Европы

От чатуранги до современных шахмат. Как менялись названия игры и фигур, и как древнеиндийский советник из самой слабой фигуры превратился во всемогущую королеву уже на европейской шахматной доске.

Идеальный камуфляж: почему для своих жертв оранжевый тигр выглядит зеленым

Окрас животных в дикой природе выполняет множество различных и строго практичных задач. В одних случаях яркие цвета помогают привлекать партнеров в период спаривания. В других — служат...