Nanoantény zesilují světlo

Nanoantény zesilují laserové světlo pomocí dvojic zlatých nanohrotůFoto:  Natelson Lab, Rice University

Vědci přišli s metodou, která umožňuje koncentraci toku světelné energie. Výsledné hodnoty jsou až 1000x větší, než měl původní světelný zdroj.

Sluneční energie je kolem nás dost, ale jejímu lepšímu využití brání poměrně malá hustota toku energie. Vědci teď přicházejí s metodami, které umožní tok světelné energie koncentrovat. Výsledné hodnoty jsou 100x až 1000x větší než u běžně dopadajícího slunečního světla. Tyto metody spočívájí v konstrukci speciálních nanostruktur, které se světlem zacházejí podobně jako antény zacházejí s radiovými vlnami. 

Chemický inženýrům z MIT se povedlo pomocí uhlíkových nanotrubiček zesílit hustotu světelného toku až na stonásobek. Molekulární systémy, které obsahují desítky milionů těchto trubiček, dokážou uvnitř trubiček zachytit fotony z původně velké sběrné plochy. Řízeným způsobem je vedou a na mnohem menší ploše pak koncentrují energii. Tak je možné vyrobit mnohem menší a účinnější sluneční články. Kolem fotovoltaického polovodičového jádra musí ale být umístěno dostatečně velké pole vláken ze zmíněných uhlíkových nanotrubiček. Speciální otázkou je také optimalizace rozhraní mezi trubičkami a polovodivým materiálem, aby byla účinnost energetického převodu na elektrony co nejvyšší. Odborníci předpokládají, že cena drahých uhlíkových nanotrubiček se bude postupně snižovat, až nakonec skončí na úrovni ceny běžných polymerů. 

Jinou cestou se vydali vědci z Riceovy univerzity. Ti vytvářejí zesilovací nanoantény pomocí dvojic jemných, sotva se dotýkajících zlatých nanohrotů. Hustota energetického světelného toku, který procházel touto štěrbinou o rozměru zhruba nanometru, se zvýšila dokonce tisíckrát. Zdrojem světla byl ale tentokrát laser. V tomto ději kromě fotonů a elektronů účinkují ještě tzv. kvazičástice, jako jsou exciton a plazmon. Jedná se o různé v podstatě virtuální formy výměny energie, které se běžně vyskytují pouze v pevných látkách. 

Aplikovat tento princip nebudou vědci v energetice, ale spíš v informatice, senzorice a optoelektronice.