ТАСС, 29 октября. Российские ученые заставили графен почти полностью поглощать энергию света, покрыв поверхность этого материала квантовыми точками. Благодаря этому его можно будет использовать при разработке аналогов солнечных батарей и фотосенсоров. Статью с результатами работы опубликовал научный журнал Laser & Photonics Reviews.

Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, которые соединены между собой структурой химических связей, напоминающих структуру пчелиных сот. За получение и изучение первых образцов графена присудили Нобелевскую премию по физике 2010 года – награду получили выходцы из России Константин Новоселов и Андрей Гейм.

Дальнейшие эксперименты показали, что у графена есть не только полезные свойства, которых нет у других форм углерода. Некоторые его особенности мешают его использовать. В частности, физики обнаружили, что графен тяжело превратить в полноценный полупроводник, так как у него нет так называемой «запрещенной зоны».

Поэтому физики уже много лет пытаются улучшить свойства графена. В частности, они вносят в его структуру дефекты и заполняют их атомами других элементов, которые могут поменять электрические свойства графена. Благодаря этому его можно использовать как основу для транзисторов, а также различных излучателей и поглотителей света. Однако их эффективность пока остается низкой.

Волков и его коллеги выяснили, что если кроме внесения дефектов в структуру самого графенового листа еще и покрыть его квантовыми точками, расположив их на четко выверенном расстоянии над поверхностью графена, то силу взаимодействия между графеном и частицами света можно повысить в несколько раз.

Как правило, в качестве квантовых точек выступают наночастицы из разных полупроводников, размер и форма которых подобраны таким образом, чтобы они вели себя как искусственный атом, который может взаимодействовать с электромагнитными волнами, поглощать их и преобразовать в другие формы колебаний.

Расчеты ученых из МФТИ и Владимирского государственного университета показали, что если подобрать «правильный» размер квантовых точек и расположить их особым образом на определенном расстоянии от листа графена, то подобные структуры будут рассеивать падающий на них свет – так, что его будет идеально поглощать графен.

В таком случае энергия света будет перетекать только в одном направлении, а не в обе стороны, как это обычно происходит при простом добавлении дефектов в структуру листа графена и при случайном нанесении квантовых точек на его поверхность. В результате графен начинает поглощать не 10% света, как это обычно происходит, а от 50 до 95%.

Ученые надеются, что дальнейшие опыты подтвердят результаты их расчетов, а также покажут, что графен можно применять для концентрирования энергии света и массы других целей, для которых используют классические полупроводниковые фотоэлементы, лазеры и другие излучатели света.