Les scientifiques des matériaux du Nano/Bio Interface Center de l'Université de Pennsylvanie ont démontré la transduction du rayonnement optique en courant électrique dans un circuit moléculaire. Le système, un réseau de molécules d'or de taille nanométrique, répondre aux ondes électromagnétiques en créant des plasmons de surface qui induisent et projettent un courant électrique à travers les molécules, similaire à celle des cellules solaires photovoltaïques.

Les résultats peuvent fournir une approche technologique pour une récupération d'énergie plus efficace avec un circuit de taille nanométrique qui peut s'alimenter, potentiellement par la lumière du soleil. Récemment, des plasmons de surface ont été intégrés à une variété de dispositifs activés par la lumière tels que des biocapteurs.

Il est également possible que le système soit utilisé pour le stockage de données informatiques. Alors que le processeur informatique traditionnel représente les données sous forme binaire, soit allumé ou éteint, un ordinateur utilisant de tels circuits photovoltaïques pourrait stocker des données correspondant aux longueurs d'onde de la lumière.

Parce que les composés moléculaires présentent un large éventail de propriétés optiques et électriques, les stratégies de fabrication, les tests et les analyses élucidés dans cette étude peuvent constituer la base d'un nouvel ensemble de dispositifs dans lesquels les propriétés électriques contrôlées par plasmon de molécules uniques pourraient être conçues avec de larges implications pour les circuits plasmoniques et les dispositifs optoélectroniques et de récupération d'énergie.

Aube Bonnell, professeur de science des matériaux et directeur du Nano/Bio Interface Center de Penn, et ses collègues ont fabriqué une gamme de photosensibles, nanoparticules d'or, en les liant sur un substrat de verre. Minimiser l'espace entre les nanoparticules à une distance optimale, les chercheurs ont utilisé un rayonnement optique pour exciter des électrons conducteurs, appelés plasmons, pour chevaucher la surface des nanoparticules d'or et focaliser la lumière vers la jonction où les molécules sont connectées. L'effet plasmon augmente l'efficacité de la production de courant dans la molécule d'un facteur de 400 à 2000 pour cent, qui peuvent ensuite être transportés à travers le réseau vers le monde extérieur.

Dans le cas où le rayonnement optique excite un plasmon de surface et les nanoparticules sont couplées de manière optimale, un champ électromagnétique important est établi entre les particules et capturé par des nanoparticules d'or. Les particules se couplent alors les unes aux autres, formant un chemin de percolation à travers des électrodes opposées. La taille, la forme et la séparation peuvent être adaptées pour concevoir la région de la lumière focalisée. Lorsque la taille, la forme et la séparation des particules sont optimisées pour produire une antenne optique "résonnante", facteurs d'amélioration de milliers
pourrait en résulter.

Par ailleurs, l'équipe a démontré que l'amplitude de la photoconductivité des nanoparticules couplées au plasmon peut être réglée indépendamment des caractéristiques optiques de la molécule, un résultat qui a des implications importantes pour les futurs dispositifs optoélectroniques à l'échelle nanométrique.

« Si l'efficacité du système pouvait être augmentée sans aucun supplément, limites imprévues, nous pourrions en théorie fabriquer un ampli, échantillon d'un volt du diamètre d'un cheveu humain et d'un pouce de long, " a déclaré Bonnell.

L'étude est publiée dans le numéro actuel de la revue ACS Nano .