加州大学圣地亚哥分校、麻省理工学院和哈佛大学的科学家设计了“拓扑复合物”，这是一种载能粒子，有助于设计新的太阳能电池和微型光路。
研究人员在《自然通讯》发表的一篇文章中报告了他们的进展。
在小人国的固态物理世界中，光和物质以奇怪的方式相互作用，在它们之间来回交换能量。
“当光与物质相互作用时，它们会交换能量，”加州大学圣地亚哥分校化学和生物化学助理教授Joel Yuen-Zhou解释说，他是该论文的第一作者。“能量可以在金属中的光(所谓的等离子体激元)和分子中的光(所谓的激子)之间来回流动。当这种交换远远快于它们各自的衰变速率时，它们的个体身份就会丧失，把它们看作混合粒子更准确；激子和等离子体结合形成多激子。”
科学家们一直在寻找增强称为激子能量转移(EET)的过程的方法，以创造更好的太阳能电池和微型光子电路，比类似的硅产品小几十倍。
“了解EET增强的基本机制将改变我们对太阳能电池设计的看法，或者改变纳米材料中的能量传输方式，”Yuen-Zhou说。
然而，EET的缺点是这种形式的能量转移极其短暂，仅在10纳米(1亿分之一米)的范围内，并且在激子与不同分子相互作用时迅速消散。
避免这些缺点的一个解决方案是将分子晶体中的激子与金属中的集体激发杂交，以产生复合激子，这些复合激子传播20，000纳米，长度约为人类头发的宽度。
Plexcitons有望成为下一代纳米光子电路、光捕获太阳能结构和化学催化器件。但是Yuen-Zhou说，多能子的主要问题是它们向各个方向移动，这使得很难在材料或设备中恰当地使用它。
他和来自麻省理工学院和哈佛大学的物理学家和工程师团队基于固态物理学家可以开发的称为“拓扑绝缘体”的概念，通过工程粒子的“拓扑簇”找到了解决这一问题的方法。
“拓扑绝缘体通常是完美的电绝缘体，但它们的边缘是完美的一维金属电缆，”Yuen-Zhou说。“拓扑绝缘体令人兴奋的特点是，即使材料不完美，有杂质，也有很大的操作阈值，其中开始向一个方向行进的电子不能反弹，使电子传输变得鲁棒。换句话说，人们可能会认为电子对杂质视而不见。”
与电子相反，激子不带电荷。然而，Yuen-Zhou和他的同事发现，他们仍然继承了这些强有力的方向。将这种“拓扑”特征加入到复合子中，会产生EET的方向性，这是研究人员之前没有想到的特征。这最终使工程师能够创造出复合开关，有选择地将能量分配给新太阳能电池或光捕捉设备的不同组件。
标签：
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！