Золотая «расческа» на поверхности графена превращает его из практически прозрачной пленки в малопроницаемую для света ловушку, которая преобразует его энергию в электрический ток – это открывает дорогу для графеновых солнечных батарей, а также экономичной и быстрой оптоволоконной связи, считают британские физики, чья статья опубликована в журнале Nature Communications.

Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, соединенных между собой химическими связями, напоминающих по геометрии структуру пчелиных сот. За изучение свойств графена выходцам из России Константину Новоселову и Андрею Гейму была присуждена Нобелевская премия 2010 года по физике. Материал может быть использован для создания высокоэффективных солнечных батарей и оптических каналов передачи информации, однако этому мешает то, что графен прозрачен для света и поглощает лишь 3% световой энергии.

Группа британских физиков из Манчестерского университета под руководством Новоселова превратила графен в «ловушку» для света, разместив на его поверхности небольшие «ленты» из золота и титана шириной в несколько нанометров, что повысило непрозрачность графена примерно в 20 раз!

Эффективность поглощения света зависела от формы и расположения металлических пластинок. Как отмечают исследователи, лучше всего себя проявили структуры, напоминающие очертаниями «расческу», зубцы которой расположены примерно в 100 нанометрах друг от друга, а их длина составляла 300 нанометров. Такая «расческа» делала графеновую пленку практически непрозрачной для видимого света: поглощалось более 60% излучения.

Как поясняют авторы статьи, столь сильный рост непрозрачности графена объясняется тем, что на полосках металлов при встрече с фотонами возникают так называемые поверхностные плазмоны – коллективные колебания электронов, способные поглощать и испускать энергию в виде световых волн.

«Нам показалось, что графен и плазмоновые наноструктуры могут взаимно дополнять друг друга. Хотя мы ожидали, что плазмоны улучшат эффективность графеновых фотоэлементов, такой потрясающий результат стал для нас приятным сюрпризом», – заявил один из участников группы Александр Григоренко.

Новоселов и его коллеги проверили работу своей световой «ловушки», облучая ее светом лазера и замеряя уровень тока, который появлялся при взаимодействии плазмонов и графена.

Как отмечается в статье, проводимость этого материала оказалась примерно в 3,5 раза выше, чем у кремния – основы современных солнечных батарей и оптических устройств передачи информации.

По оценкам ученых, их ловушка лучше всего поглощает свет с длиной волны, приближающейся к 514 нанометрам – пику солнечного излучения.

Физики полагают, что такие «расчески» можно использовать не только для «обычного» производства электроэнергии, но и для создания экономичных и высокопроизводительных преобразователей света в электричество для систем оптической связи.