Los científicos del Laboratorio Nacional de Los Alamos han sintetizado puntos cuánticos dopados magnéticamente que capturan la energía cinética de los electrones creados por la luz ultravioleta antes de que se desperdicie como calor.
"Este descubrimiento puede permitir células solares, detectores de luz, fotocátodos y reacciones químicas impulsadas por la luz novedosas y altamente eficientes", dijo Victor Klimov, investigador principal del proyecto de puntos cuánticos del Laboratorio.
En las células solares estándar, una gran cantidad de energía solar se desperdicia como calor. Este desperdicio se produce debido a la falta de enfoques efectivos para capturar la energía cinética de los electrones 'calientes' generados por los fotones en la porción verde a ultravioleta de la luz solar.espectro El problema es que los electrones calientes pierden su energía muy rápidamente debido a las interacciones con la red cristalina de la que están hechos los dispositivos, lo que lleva a vibraciones conocidas como fonones. Este proceso generalmente ocurre en unos pocos picosegundos billonésimas de segundo.
Los esfuerzos anteriores para capturar la energía portadora en caliente han explotado la transferencia de energía cinética desde el electrón caliente enérgico a un electrón inmóvil de baja energía que lo excita a un estado conductor de corriente. Este efecto, conocido como multiplicación portadora, duplica el númerode electrones que contribuyen a la fotocorriente que se puede usar para aumentar el rendimiento de las células solares. Sin embargo, en la mayoría de los materiales convencionales, las pérdidas de energía a los fonones superan las ganancias de energía de la multiplicación de portadores.
En su estudio publicado hoy en Nanotecnología de la naturaleza , los investigadores demuestran que la incorporación de iones magnéticos en los puntos cuánticos puede mejorar en gran medida las interacciones útiles que producen energía a medida que se vuelven más rápidas que la dispersión de fonones derrochadora.
Para implementar estas ideas, los investigadores prepararon puntos cuánticos dopados con manganeso basados en seleniuro de cadmio. "El fotón absorbido por el punto cuántico de seleniuro de cadmio crea un par de agujeros electrónicos, o un excitón", dijo Klimov. "Este excitón es rápidoatrapado por el dopante creando un estado excitado que almacena energía de manera muy similar a un resorte comprimido. Cuando el segundo fotón es absorbido por el punto cuántico, la energía almacenada se libera y se transfiere al excitón recién creado, promoviéndolo a un estado de mayor energía.La liberación de energía por el ion de manganeso se acompaña del giro de su momento magnético, conocido como espín. Por lo tanto, este proceso se denomina transferencia de energía del sinfín de intercambio de espín ".
Una observación intrigante de los científicos de LANL fue la escala de tiempo extremadamente corta de las interacciones Auger de intercambio de espín, alrededor de una décima de picosegundo. Para su sorpresa, estas interacciones fueron más rápidas que las emisiones de fonones, que generalmente se creían que eran las más rápidasproceso en materiales semiconductores. Para demostrar que el nuevo efecto podría vencer al enfriamiento asistido por fonones, los investigadores de Los Alamos demostraron que los puntos cuánticos magnéticamente dopados y diseñados adecuadamente les permitieron extraer un electrón caliente creado por un fotón ultravioleta antes de que pierda su energía para calentar el cristalenrejado.
Estos hallazgos de cambio de paradigma abren oportunidades interesantes para explotar los procesos de Auger de intercambio de espín en esquemas avanzados para aumentar el rendimiento de las células solares o impulsar reacciones fotoquímicas inusuales. También se vislumbran oportunidades interesantes en áreas de detección de luz de alta sensibilidad y alta velocidad.y nuevos tipos de fuentes de electrones impulsadas por la luz.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Los Alamos . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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