Vue d'artiste de l'effet plasmoélectrique. Une aiguille ultrasensible mesure la tension qui se produit si un laser éclaire un nanocircuit métallique constitué d'une matrice carrée de trous minuscules dans un mince film d'or. Crédits :Amolf/Tremani
Des chercheurs du FOM Institute AMOLF et du California Institute of Technology ont découvert une nouvelle méthode de génération de potentiels électriques à l'aide de la lumière. À l'aide de nanocircuits métalliques minutieusement sculptés, ils pourraient capturer efficacement la lumière et la convertir en un potentiel électrique de 100 millivolts. Les résultats de la recherche sont publiés le 30 octobre dans la revue Science .
L'équipe AMOLF-Caltech, qui travaille ensemble depuis de nombreuses années, appelle l'effet nouvellement découvert « l'effet plasmoélectrique ». Albert Polman, responsable de la partie AMOLF de l'équipe :« C'est une toute nouvelle façon de convertir la lumière en électricité. Nous avons maintenant démontré qu'une tension électrique peut être générée ; la prochaine étape est de voir si nous pouvons également collecter du courant électrique et générer de l'électricité Puissance."
De petites particules de métaux précieux comme le cuivre, l'argent et l'or sont connus pour émettre des spectres colorés s'ils sont illuminés. Un exemple bien connu est celui des vitraux des vieilles églises dont les couleurs sont formées par de petites nanoparticules métalliques qui ont été enfermées dans le verre. La lumière qui éclaire ces particules est convertie en plasmons :oscillations des électrons libres dans le métal. Cela se traduit par une forte absorption et diffraction de certaines couleurs de lumière.
L'équipe AMOLF-Caltech a étudié ce processus d'absorption de la lumière dans des nanostructures métalliques créées artificiellement. Ils les ont fabriqués à l'aide de techniques modernes de salle blanche. Ils ont illuminé des nanosphères d'or avec de la lumière et ont découvert qu'un potentiel électrique négatif apparaissait lorsque ces sphères étaient illuminées avec de la lumière bleue. Inversement, ils ont découvert un potentiel positif dans le cas de la lumière rouge. Les chercheurs ont mesuré la tension électrique à l'aide d'une aiguille ultrasensible qu'ils ont placée au-dessus des nanoparticules illuminées.
Inspirée par ce premier résultat, l'équipe a fabriqué des nanocircuits métalliques, constitué d'une matrice carrée avec des trous minuscules d'un diamètre de 100 nanomètres dans un film d'or mince. Tout comme les nanoparticules, ces matrices présentaient des résonances plasmoniques claires, dont la distance entre les trous déterminait la couleur. Si les circuits étaient illuminés avec un laser et que la couleur de la lumière passait progressivement du bleu au rouge, d'abord un potentiel négatif est apparu (-100 millivolts, lumière bleue) et par la suite un potentiel positif (+100 millivolts, lumière rouge).
Les chercheurs ont ensuite développé un modèle théorique permettant de bien décrire les phénomènes mesurés. La lumière incidente provoque de petites fluctuations de température qui fournissent une force thermodynamique pour l'échange de charges électriques sur l'interrupteur. Cela donne les potentiels mesurés.
L'effet plasmoélectrique nouvellement découvert. (a) Représentation schématique d'une nanosphère métallique qui se charge électriquement lorsqu'elle est éclairée par la lumière. (b) Image au microscope électronique du nanocircuit métallique constitué d'une matrice de trous ultra-petits dans un film d'or mince. (c) Spectres d'absorption optique mesurés pour des nanocircuits métalliques avec des distances variables entre les trous (175, 225, 250 et 300 nanomètres). (d) Potentiel électrique des nanocircuits en (c), en fonction de la longueur d'onde de la lumière incidente. Le potentiel mesuré varie de -100 millivolts à +100 millivolts lorsque la longueur d'onde passe du bleu au rouge.
