带有壳形结构的纳米粒子可以提高光电探测效率和速度

提高光传感器的灵敏度或太阳能电池的效率需要对光捕获进行微调。阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究人员利用复杂的几何图形来开发微小的壳形结构，可以提高光电探测器效率和速度（Advanced Materials，“Resonance-enhanced absorption in hollow nanoshell spheres with omnidirectional detection and high responsivity and speed”）。 wcDb|
H&  
}~NWOJ3;  
J35[GZ';D  
为了提高光的效率，已经研究了许多光腔设计：通过捕获电磁波或将光限制到器件的有源区以增加吸收。大多数采用简单的微米球或纳米球，光在球体内传播时在内表面来回反射，就如我们所熟知的回音壁模式一样。 ^;mGOjS  
M|'![]-  
前阿卜杜拉国王科技大学的科学家Der-Hsien Lien现在是加州大学伯克利分校的博士后研究员，他和来自中国，澳大利亚和美国的同事一起证明了，由凸起的纳米壳组成的更复杂的几何形状改善了光探测器的性能，通过提高光学探测器的运行速度使得它们能够从各个方向检测光线。 ]K>x:vMKH  
1GgG9I  
阿卜杜拉国王科技大学首席研究员Jr-Hau He解释说，表面效应在某些设备的操作中起着重要作用。纳米材料由于其高的表面积与体积比而提供了改善性能的方法。“然而，尽管纳米材料在光检测方面与大块相比具有更高的灵敏度，但光 - 物质相互作用较弱，因为它们更薄，”He说。“为了改善这一点，我们设计了用于捕获光线的结构。” upF^k%<y:  
`SESj)W(y  
研究人员用半导体氧化锌制造了球形多个纳米壳。他们将固体碳球浸入到氧化锌盐溶液中，并涂上光学材料。热处理除去了碳模板并确定了剩余的氧化锌纳米结构的几何形状，包括壳的数量和它们之间的间距。因此，Lien及其同事能够设计外壳和内壳之间的相互作用，从而在纳米材料表面附近诱导回音壁模式和光吸收。 F!6;<!&h  
McQWZ<  
该团队将他们的纳米外壳集成到光电探测器中。球形纳米外壳的对称性意味着可以激发回音壁模式，而几乎不依赖于入射角或入射光的偏振。 [/eRc  
mr#XN&e  
先前基于金属氧化物纳米颗粒的光电探测器遇到的一个问题是它们的速度慢，这些设备的响应时间长达几百秒。使用氧化锌纳米壳，光电探测器能够在0.8毫秒内响应。 0o&c8?@j  
[YQ` `  
“这种策略可以应用于其他工作，如太阳能电池和水分解装置，”He说。“未来，我们将研究不同的材料系统和设计结构，这些结构也可以改善其他应用中的设备性能。” G2_l}q~  
R)5zHCwOw  
原文链接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=51076.php（实验帮译）