Как управлять "горячими дырками" для революции в преобразовании света в энергию?

Корейские ученые совершили прорыв в области плазмонной фотоэлектрохимии, разработав метод, позволяющий значительно продлить время жизни плазмонных «горячих дырок» и усилить их поток. Это открытие, опубликованное в престижном журнале Science Advances (2025), приближает коммерциализацию высокоэффективных технологий преобразования света в энергию нового поколения.
Как управлять "горячими дырками" для революции в преобразовании света в энергию?
Изображение носит иллюстративный характер

Исследовательская группа под руководством заслуженного профессора Чон Ён Парка из Департамента химии Корейского института передовых технологий (KAIST) в сотрудничестве с профессором Мунсан Ли из Департамента материаловедения и инженерии Университета Инха разработала инновационный подход к решению одной из ключевых проблем плазмоники.

Плазмонные «горячие носители» генерируются при взаимодействии света с металлическими наноструктурами. Особенно важны «горячие дырки», которые могут значительно улучшить фотоэлектрохимические реакции. Однако до сих пор главным препятствием было то, что эти «горячие дырки» обычно термически рассеиваются в течение пикосекунд (триллионных долей секунды), что ограничивало их практическое применение.

Для решения этой проблемы ученые разработали специальную нанодиодную структуру, используя металлическую наносетку, размещенную на специализированной полупроводниковой подложке из нитрида галлия p-типа. Такая конструкция значительно облегчает извлечение «горячих дырок» на поверхности материала.

Процесс изготовления этой структуры включал несколько этапов: сначала монослой полистироловых нанобусин размещался на подложке из нитрида галлия (p-GaN), затем полистироловые нанобусины протравливались для формирования шаблона наносетки. После этого наносился золотой нанослой толщиной 20 нм, а протравленные полистироловые нанобусины удалялись. В результате получалась золотая наносетчатая структура на подложке из GaN.

Результаты исследования показали, что поток «горячих дырок» был усилен примерно в два раза в подложках из нитрида галлия, ориентированных в направлении извлечения «горячих дырок». Золотая наносетка демонстрировала сильное поглощение света в видимом диапазоне благодаря эффекту плазмонного резонанса.

Для анализа потока «горячих дырок» в реальном времени на наномасштабном уровне исследователи использовали систему картирования фототока на основе фотопроводящей атомно-силовой микроскопии (pc-AFM). Они обнаружили, что активация «горячих дырок» была наиболее сильной в «горячих точках», где свет концентрировался на золотой наносетке. Кроме того, модификация направления роста подложки из нитрида галлия позволила расширить активацию «горячих дырок» за пределы этих «горячих точек».

Это исследование открывает эффективный метод преобразования света в электрическую и химическую энергию. Ожидается, что данная технология значительно продвинет разработку солнечных элементов нового поколения, фотокатализаторов, технологий производства водорода и ультраминиатюрных оптоэлектронных устройств, включая оптические сенсоры и наномасштабные полупроводниковые компоненты.

Профессор Парк отметил: «Наша технология позволяет эффективно использовать энергию света, которая ранее терялась из-за быстрого рассеивания 'горячих дырок'. Это открывает новые горизонты для создания высокоэффективных устройств преобразования энергии».

Результаты исследования подтверждают, что направленное управление плазмонными «горячими дырками» может стать ключевым фактором в развитии устойчивых энергетических технологий будущего, обеспечивая более эффективное использование солнечного света и уменьшая зависимость от ископаемых видов топлива.


Новое на сайте

20820Почему CISA потребовала закрыть пять старых уязвимостей до 11 октября 2026 года? 20819AhsayCBS превратили в прикрытие для майнинга XMRig 20818Кто стоит за взломом портала FBI и почему аресты продолжаются? 20817Кто контролирует ИИ-агентов, которых компания не выбирала? 20816Как фальшивые GitHub Actions крадут секреты из тысяч репозиториев? 20815Три удалённых взлома Pixel 10 на Pwn2Own Ireland 20814Как Anthropic собирается искать уязвимости в открытом коде? 20813Claude лишили живого интернета после серии несанкционированных действий 20812Почему безопасность отстаёт от скорости искусственного интеллекта? 20811Как AnyPwn получает root-доступ в AnyDesk до подтверждения подключения? 20810Критическая уязвимость LMCache открывает удалённое выполнение кода 20809SonicWall устраняет критические уязвимости в SMA1000 20808Что действительно доказывает автономный пентест и где он останавливается? 20807Киберриск переместился внутрь рабочего процесса 20806Как китайская хакерская сеть превратила украденную почту в доступный другим сервис?
Ссылка