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

Туринская плащаница Дани Рязанова: как молодой художник из Петербурга рисует огнем

Раньше, наблюдая за современным художественным процессом, казалось, что молодые художники стремятся как можно дальше уйти от «навязанных» канонов, отказаться от всего, чем пользовались мастера...

Детальное изучение мозга чемпиона по памяти раскрыло нейробиологию его трюков

Рабочая память человека имеет свои физиологические ограничения. Исторически в когнитивной психологии этот предел описывался формулой «семь плюс-минус два элемента». Вы можете легко удержать в...

Эффект странника: как навыки ориентации в пространстве породили у человека геометрическое мышление

Со времен Платона геометрия считалась высшим проявлением абстрактного мышления. В диалоге «Менон» философ просит необразованного мальчика-раба удвоить площадь квадрата — и тот, опираясь...

Каньон Антилопы: почему он самый извилистый и фотогеничный в мире

В Аризоне, на землях индейцев навахо, находится место, любимое фотографами со всего мира. Каньон Антилопы вы наверняка хоть раз видели на заставке своего компьютера. Microsoft вносила его виды в...

Почему кофе и чай бодрят: взгляд с точки зрения науки

Вы когда-нибудь замечали, что после чашки кофе фокусировка внимания резко обостряется, но уже через полчаса ясность мысли начинает неумолимо угасать? Эти «американские горки» связаны с конкретными...