El nuevo estudio se centra en nanoestructuras plasmónicas, específicamente en materiales fabricados a partir de partículas de oro y de moléculas de porphyin, que son sensibles a la luz, de tamaños precisos y dispuestos en patrones específicos. Los plasmones – una oscilación colectiva de electrones – en estos sistemas se pueden excitar por medio de radiación óptica (luz), e inducen una corriente eléctrica que puede moverse en un patrón, determinado por el tamaño y el diseño de las partículas de oro, así como por las propiedades eléctricas del medio circundante.
Debido a que estos materiales pueden mejorar la dispersión de la luz, tienen el potencial de ser utilizados con ventaja en una amplia gama de aplicaciones tecnológicas, tales como el aumento de la absorción en las celdas solares.
El estudio actual se deriva de una investigación anterior, publicada en 2010 por los mismos investigadores. Entonces, los científicos formularon la hipótesis de que cuando los plasmones se excitan a un estado de alta energía, se pueden recolectar electrones a partir de los electrones del material.
Para examinar el mecanismo de la corriente plamónica inducida, los investigadores sistemáticamente variaron los diferentes componentes de la nanoestructura plasmónica, cambiando el tamaño de las nanopartículas de oro, el tamaño de las moléculas de porphyin y la separación de los componentes. Así, diseñaron estructuras específicas que descartaron otras posibilidades, de manera que la única contribución a una mayor fotocorriente podía provenir de los electrones calientes recolectados a partir de los plasmones.
“En nuestras mediciones, en comparación con la fotoexcitación convencional, vimos aumentos de entre tres y diez veces en la eficiencia de nuestro proceso”, dice la Dra. Dwan Bonnell, quien dirigió el estudio. “Y ni siquiera optimizamos el sistema. En principio se podría obtener un gran aumento en la eficiencia”.
Los dispositivos que incorporen este proceso de recolección de electrones inducidos por plasmón, se pueden hacer a medida para diferentes aplicaciones, mediante la variación del tamaño y del espaciamiento de las nanopartículas, lo que alteraría la longitud de onda de la luz a la que responde el plasmón.
La Dra. Bonnell dice que uno se puede imaginar un dispositivo portátil, al que se ha aplicado una pintura especial que se comporta como una celda solar, y que hace que el dispositivo funcione a partir de energía solar. “Estos materiales también podrían mejorar los dispositivos de comunicación , pasando a formar parte de circuitos moleculares eficientes”.
Más info y fuentes:
Parag Banerjee, David Conklin, Sanjini Nanayakkara, Tae-Hong Park, Michael J. Therien and Dawn A. Bonnell, “Plasmon-Induced Electrical Conduction in Molecular Devices”, ACS Nano, 2010, 4 (2), pp 1019–1025, DOI: 10.1021/nn901148m
Fuente: University of Pennsylvania
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