Associé à des visites malheureuses chez le dentiste, "cavité" signifie autre chose dans la branche de la physique connue sous le nom d'optique.

Mettre tout simplement, une cavité optique est un arrangement de miroirs qui permet aux faisceaux de lumière de circuler dans des chemins fermés. Ces cavités nous aident à construire des objets tels que des lasers et des fibres optiques utilisés pour les communications.

Maintenant, une équipe de recherche internationale a poussé le concept plus loin en développant une "nanocavité" optique qui augmente la quantité de lumière absorbée par les semi-conducteurs ultrafins. L'avancement pourrait conduire à, entre autres, des cellules photovoltaïques plus puissantes et des caméras vidéo plus rapides; il pourrait également être utile pour diviser l'eau en utilisant l'énergie de la lumière, ce qui pourrait aider au développement de l'hydrogène comme carburant.

L'équipe, composé de professeurs et d'étudiants de l'Université de Buffalo et de deux universités chinoises, a présenté ses conclusions le 24 février dans la revue Matériaux avancés .

"Nous ne faisons qu'effleurer la surface, mais le travail préliminaire que nous avons fait est très prometteur, " a déclaré Qiaoqiang Gan, Doctorat, auteur principal et professeur adjoint de génie électrique à l'UB. "Cette avancée pourrait conduire à des avancées majeures dans la récupération et la conversion d'énergie, la sécurité et d'autres domaines qui profiteront à l'humanité.

Les semi-conducteurs constituent la base de l'électronique moderne. Ils fonctionnent en manipulant le flux d'énergie dans les appareils électroniques. Le matériau semi-conducteur le plus courant, silicium, est utilisé pour fabriquer des puces électroniques pour téléphones portables, ordinateurs et autres appareils électroniques.

L'industrie a suivi le rythme de la demande de petits, des dispositifs optoélectroniques plus fins et plus puissants, en partie, en réduisant la taille des semi-conducteurs utilisés dans ces dispositifs.

Le problème, cependant, est que ces semi-conducteurs ultrafins n'absorbent pas la lumière aussi bien que les semi-conducteurs en vrac conventionnels. Par conséquent, il existe un compromis intrinsèque entre la capacité d'absorption optique des semi-conducteurs ultrafins et leur capacité à générer de l'électricité.

Par conséquent, des chercheurs du monde entier tentent de trouver des moyens d'augmenter la quantité de lumière que les semi-conducteurs ultrafins peuvent absorber. Des chercheurs de l'Université de Harvard ont récemment eu des degrés divers de succès en combinant des couches minces de germanium, un autre semi-conducteur commun, sur une surface dorée.

"Bien que les résultats soient impressionnants, l'or fait partie des métaux les plus chers, " a déclaré Suhua Jiang, professeur agrégé de science des matériaux à l'Université de Fudan en Chine. "Nous avons illustré une nanocavité, fabriqué avec de l'aluminium ou d'autres métaux et alliages blanchâtres beaucoup moins chers, peut être utilisé pour augmenter la quantité de lumière absorbée par les matériaux semi-conducteurs."

La nanocavité est constituée de, de bas en haut :aluminium, oxyde d'aluminium et germanium. Dans l'expérience, la lumière a traversé le germanium, qui est de 1,5 à 3 nanomètres d'épaisseur, et mis en circulation dans un chemin fermé à travers l'oxyde d'aluminium et l'aluminium.

Le taux d'absorption a culminé à 90 pour cent, le germanium absorbant environ 80 pour cent de la lumière bleu-vert et l'aluminium absorbant le reste. C'est l'idéal, dit Haomin Song, Doctorant en génie électrique à l'UB et premier auteur de l'article, parce que la majeure partie de la lumière reste dans le matériau semi-conducteur.

« La nanocavité a de nombreuses applications potentielles. Par exemple, cela pourrait aider à augmenter la quantité de lumière que les cellules solaires sont capables de récolter; il pourrait être implanté sur des capteurs de caméra, tels que ceux utilisés à des fins de sécurité qui nécessitent une réponse à grande vitesse. Il possède également des propriétés qui pourraient être utiles pour la séparation photocatalytique de l'eau, qui pourrait contribuer à faire de l'hydrogène carburant une réalité, " dit la chanson.

Avant que tout cela n'arrive, cependant, il faut faire plus de recherches, en particulier en ce qui concerne la façon dont le semi-conducteur transformerait la lumière en énergie par opposition à la chaleur.

Le groupe de recherche de Gan collabore avec Alexander Cartwright, Doctorat, professeur de génie électrique à l'UB et vice-président pour la recherche et le développement économique, et Mark Swihart, Doctorat, professeur de génie chimique et biologique à l'UB, développer des dispositifs ultrafins de récupération d'énergie.

Gan travaille également avec Hao Zeng, Doctorat, professeur agrégé de physique à l'UB, pour étudier son effet sur la photocatalyse.