萊斯大學(xué)教授的將光升頻的方法可以使太陽(yáng)能電池更有效率，并且使治療疾病的納米顆粒更有效。
電氣和計(jì)算機(jī)工程助理教授Gururaj Naik引領(lǐng)的實(shí)驗(yàn)中，結(jié)合了等離激元金屬和半導(dǎo)體量子阱，以提高光的頻率，改變其顏色。
在納米級(jí)樣品上，斯坦福大學(xué)的博士后研究員Naik，研發(fā)了一款專(zhuān)門(mén)定制的塔，該塔被綠色光擊中，產(chǎn)生更高能量的藍(lán)色輝光。他說(shuō)：“我采用低能量光子并將其轉(zhuǎn)換成高能光子。”
Naik說(shuō)，有效的光的升頻可能會(huì)讓太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)而額外消耗紅外太陽(yáng)光并轉(zhuǎn)化為電能或幫助光敏納米微粒治療病變細(xì)胞。
這項(xiàng)研究刊登在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)的“Nano Letters”上。
魔法發(fā)生在塔的內(nèi)部，塔橫向測(cè)量大約100納米的范圍。當(dāng)被特定波長(zhǎng)的光激發(fā)時(shí)，塔的尖端上的金點(diǎn)將光能轉(zhuǎn)換成等離子體，像池塘上的波紋一樣，等離子體能量的波形有節(jié)奏地濺射在橫跨金表面。等離激元壽命是短暫的，當(dāng)他們衰落時(shí)，他們以?xún)煞N方式之一釋放自己的能量；它們或者激發(fā)光中的一個(gè)光子，或者通過(guò)傳輸它們的能量給一個(gè)電子-一個(gè)“熱”電子-來(lái)產(chǎn)生熱量。
在斯坦福大學(xué)Naik的研究受到了以及納米光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室的NaomiHalas教授和Peter Nordlander教授的突破性的工作的啟發(fā)，他們已經(jīng)表明，激發(fā)等離激元的材料也激發(fā)了“熱載流子”- 電子和空穴-在材料內(nèi)部（空穴是當(dāng)電子被激發(fā)到更高的狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的空位，使其原子產(chǎn)生一個(gè)正電荷。）
在一年前加入了萊斯大學(xué)的學(xué)院的Naik教授說(shuō)到：“等離子體激元在將光壓縮到納米尺度方面真的很棒。”，“但是，這一切都是以某種東西為代價(jià)的，Halas和Nordlander表示，你可以以電能的形式提取光學(xué)損耗，我的想法是把電能轉(zhuǎn)換回至光的形式。”
他使用設(shè)計(jì)了氮化鎵和氮化銦鎵的輪換層的塔，頂層鍍上一層薄薄的金并被銀包圍。Naik的策略是將熱電子和熱空穴導(dǎo)向作為電子捕獲量子阱的氮化鎵和氮化鎵銦基底，而不是讓熱載流子逃走。這些阱具有固定的能帶隙，該能帶隙隔絕電子和空穴，直到它們以足夠的能量跨越能帶間隙重新組合，并以更高的頻率釋放光子。
Naik說(shuō)，現(xiàn)今用于片上通信、光動(dòng)力治療、安全和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的上升頻器的效率在5％到10％的范圍內(nèi)。量子理論證實(shí)最高可達(dá)到50％的效率（“因?yàn)槲覀兾諆蓚€(gè)光子來(lái)發(fā)射一個(gè)光子”），但他說(shuō)，25％是他的方法的實(shí)際目標(biāo)。
Naik表示，他的設(shè)備可以通過(guò)改變粒子的大小和形狀以及層的厚度進(jìn)行調(diào)整。他說(shuō)：“基于鑭系元素和有機(jī)分子的升頻器會(huì)以設(shè)定的頻率發(fā)射和吸收光，因?yàn)樗鼈儽还潭ㄔ谠踊蚍肿幽芰克健?ldquo;我們可以設(shè)計(jì)量子阱并調(diào)整其能帶間隙以在我們想要的頻率范圍內(nèi)發(fā)射光子，并且類(lèi)似地設(shè)計(jì)以不同的頻率吸收的金屬納米結(jié)構(gòu)。這意味著我們幾乎可以獨(dú)立地設(shè)計(jì)吸收和發(fā)射，這在以前是不可能的。
在與Stanley Dionne合作發(fā)表了一篇為其實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備的理論性文章后，Naik在Stanley Dionne的斯坦福大學(xué)實(shí)驗(yàn)室工作的同時(shí)，建立并測(cè)試了塔陣列概念原型。
“這是一個(gè)固態(tài)設(shè)備”，Naik就原型機(jī)說(shuō)到。“下一步是通過(guò)用適當(dāng)尺寸和形狀的金屬涂覆量子點(diǎn)來(lái)制造獨(dú)立的顆粒。”
他表示，這些作為醫(yī)療造影劑或藥物輸送載體顯示出潛力。Naik說(shuō)：“紅外光對(duì)組織具有更深的穿透力，藍(lán)光可以引起藥物輸送所必需的反應(yīng)。”，“人們使用升頻器將藥物傳遞到身體的所需部分，并從外部照射紅外線(xiàn)來(lái)傳遞藥物并使藥物活躍。
他說(shuō)，顆粒物也可以制作一種不可見(jiàn)的墨水。“你可以使用一個(gè)升頻器寫(xiě)字，沒(méi)有人會(huì)知道你寫(xiě)的內(nèi)容，直到你用高強(qiáng)度紅外線(xiàn)照射，且字的顏色轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光。”
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