新型光電探測器能模倣光合作用

美國密歇根大學研究人員在《光學》期刊發表論文稱，他們使用被稱為極化子的獨特準粒子開發了一種新型高效光電探測器，其靈感來自植物用來將陽光轉化為能量的光合複合物。該設備將光能的遠端傳輸與電流的遠端轉換相結合，有可能大大提高太陽能電池的發電效率。

在許多植物中發現的光合複合物由一個大的光吸收區域組成，該區域將分子激發態能量傳遞到反應中心，在那裏能量轉化為電荷。極化子將分子激發態與光子結合在一起，賦予它類光和類物質的特性，從而實現遠距離能量傳輸和轉換。這種新型光電探測器是首次展示基於極化子的實用光電設備之一。

為了創建基於極化子的光電探測器，研究人員必須設計允許極化子在有機半導體薄膜中長距離傳播的結構。此外，他們必須將一個簡單的有機檢測器整合到傳播區域中，以産生有效的極化子到電荷的轉換。

研究人員使用特殊的傅裏葉平面顯微鏡來觀察極化子傳播，以分析他們的新設備。結果表明，新的光電探測器在將光轉換為電流方面比硅光電二極體更有效。它還可從大約0.01平方毫米的區域收集光，並在0.1毫米的“超長”距離內實現光到電流的轉換——這個距離比光合複合物的能量傳遞距離大3個數量級。

到目前為止，觀察的大多數極化子為封閉腔中的靜止準粒子，頂部和底部都有高反射鏡。這項新研究揭示了極化子如何在單個鏡子的開放結構中傳播，新設備還允許首次測量入射光子轉換為極化子的效率。