جذب نور به‌وسیله نانوساختارها از همه جهات

هم‌اکنون در بسیاری از کاربردهای فناوری مانند اتصالات میانی نوری(optical interconnects) ، نیاز محسوسی به موادی که از همه زوایا به جذب نور می‌پردازند، وجود دارد. اخیراً گروهی از محققان اسپانیایی نشان داده‌اند که در سطوح فلزی با ساختار نانویی ـ که دارای پلاسمون‌ها(برانگیختگی‌های نوری جایگزیده) هستند ـ می‌توان به جذب همه‌سویه نور دست پیدا کرد. در این روش قابلیت جذب در نواحی طول‌ موج مرئی و نزدیک زیر قرمز قابل تنظیم است و می‌توان از چنین سطوحی در ساخت سلول‌های خورشیدی بهره گرفت.

هم‌اکنون در بسیاری از کاربردهای فناوری مانند اتصالات میانی نوری(optical
interconnects)
، نیاز محسوسی به موادی که از همه زوایا به جذب نور می‌پردازند،
وجود دارد. اخیراً گروهی از محققان اسپانیایی نشان داده‌اند که در سطوح فلزی با
ساختار نانویی ـ که دارای پلاسمون‌ها(برانگیختگی‌های نوری جایگزیده) هستند ـ می‌توان
به جذب همه‌سویه نور دست پیدا کرد. در این روش قابلیت جذب در نواحی طول‌ موج
مرئی و نزدیک زیر قرمز قابل تنظیم است و می‌توان از چنین سطوحی در ساخت پیل‌های
خورشیدی بهره گرفت.

فلزات در بزرگ‌مقیاس آینه‌های خوبی هستند؛ اما ساختارهای فلزی‌ای که کوچک‌تر از
طول‌موج فرودی هستند، بازتابنده‌های ضعیفی به شمار می‌روند؛ برای مثال می‌توان
از «نقره‌ی سیاه» نام برد. بهترین توجیهی که برای این رفتار فلزات وجود دارد،
جذب نور به‌وسیله «برانگیختگی‌های پلاسمونی» است. از سال ۱۹۷۰، محققان نشان
داده‌اند که برانگیختگی‌های سطحی در بسامدهای نوری، زیر قرمز و ماکروویو،
می‌توانند با استفاده از شبکه‌سازی خطی، جذب کاملی به وجود بیاورند؛ اما عمل
جذب در شبکه‌سازی، مبتنی بر برانگیختگی‌های سطحی غیر جایگزیده‌ای است که نسبت
به زاویه فرود نور تابشی، بسیار حساس هستند. این مشکل، موجب شده‌است تا از چنین
راهکاری در کاربردهایی که به گستره وسیعی از زوایای نوری نیاز دارند، استفاده
نشود. سلول‌های فتوولتائیک و ابزارهای میکرومقیاسِ تابش نور، دسته‌ای از این
کاربردها هستند که به جذب همه‌سویه نور نیازمندند.

ژاویر گارسیا دآباجو از مؤسسه de Optica در مادرید و همکارانش از فرانسه و
انگلستان، نشان داده‌اند که می‌توان در هر سطح ماتی، با ایجاد تشدید‌های
پلاسمون جایگزیده بر روی آن، به تابش همه‌سویه نور دست پیدا کرد. آنها در
آزمایش‌های خود از نمونه‌های نانومتخلخل طلا استفاده کردند.

دآباجو می‌گوید:«یافته‌های ما راه را برای رسیدن به فتوولتائیک همه‌سویه هموار
نموده‌است. قابلیت جذب همه‌سویه نور در سلول‌های فتوولتائیک دارای اهمیت زیادی
است و به نمونه‌هایی که با مواد نیمه‌رسانا پوشیده شده‌اند امکان می‌دهد تا
تمام نور جذب‌شده را جمع‌آوری کرده، جفت‌های الکترون-حفره(اکسایتون‌ها) تولید
کنند».

وی افزود:«یکی دیگر از کاربردهای درخور توجه این فناوری ـ که ما هم‌اکنون مشغول
به بررسی آن هستیم ـ تابش نور در رنگ‌های خاص از طریق سطوح ماست. این تابش
می‌تواند یک تابش حرارتی باشد و یا همانند تابشی باشد که LEDها دارند.

محققان مذکور اظهار داشتند که هنوز یک مشکل بزرگ، بدون راه‌حل باقی مانده‌است:
اثرات مذکور تنها در طول‌موج‌های خاصی از نور مشاهده شده‌اند. در کاربردهایی که
با گستره وسیعی از بسامدها سر و کار دارند، لازم است تا جذب در گستره‌ای از
طول‌موج‌های نور رخ دهد.

نتایج این تحقیق در نشریه Nature Photonics به چاپ رسیده‌است.