CNR: Con la luce compressa il grafene dà il meglio
Uno studio Cnr rivela per la prima volta in questo materiale che un impulso luminoso brevissimo moltiplica a cascata gli elettroni, aumentandone le potenzialità fotovoltaiche. Lo studio, condotto con Politecnico di Milano, Normale di Pisa, Università di Cambridge e Manchester, è pubblicato su Nature Communications.
Il grafene si conferma materiale delle meraviglie. Un team di ricercatori dell'Istituto nanoscienze (Nano-Cnr) e dell'Istituto di fotonica e nanotecnologie (Ifn-Cnr) del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr) ha osservato per la prima volta un fenomeno che potrebbe essere sfruttato per aumentare l'efficienza di dispositivi fotovoltaici come le celle solari: il grafene, sottoposto a impulsi luminosi estremamente brevi, innesca un processo di moltiplicazione a cascata degli elettroni. Il risultato, in collaborazione con Politecnico di Milano, Scuola normale superiore e Università di Cambridge e Manchester, è pubblicato su Nature Communications.
Studiare il comportamento degli elettroni nel reticolo bidimensionale di questo materiale, che è costituito da un foglio monoatomico di atomi di carbonio, è la chiave per capirne e sfruttarne al meglio le eccezionali proprietà: conduzione di elettricità e calore migliore del rame, leggerezza e resistenza maggiori dell'acciaio, spiega Marco Polini di Nano-Cnr di Pisa. Un aspetto ancora poco noto, per esempio, è cosa accade agli elettroni dopo che un lampo intenso e ultra-breve di luce li ha fortemente perturbati: abbiamo pertanto indagato le primissime fasi successive alla foto-eccitazione, quando gli elettroni, riscaldati dalla luce a temperature di migliaia di gradi, si raffreddano in un tempo brevissimo.
I ricercatori hanno dimostrato che in questo caso i fotoni incidenti
innescano un processo di moltiplicazione a cascata degli elettroni. Un
fenomeno noto come 'carrier multiplication', grazie al quale, per ciascun fotone assorbito dal grafene, più elettroni si mettono in moto e incrementano la corrente elettrica, continua Polini. La possibilità di innescare questo fenomeno potrebbe migliorare le prestazioni delle tecnologie fotovoltaiche e dei dispositivi optoelettronici in termini di efficienza, robustezza, risparmio energetico.
La moltiplicazione di carica è estremamente difficile da rilevare poiché dura appena un centinaio di femtosecondi, meno di un milionesimo di milionesimo di secondo!, spiega Giulio Cerullo di Ifn-Cnr e Politecnico di Milano. Per studiare effetti fisici su scale temporali così brevi servono impulsi luminosi altrettanto brevi, che siamo stati in grado di ottenere con tecniche di spettroscopia ultra-veloce capaci di 'comprimere' la luce. Il nostro esperimento rappresenta al momento levidenza sperimentale più chiara del fenomeno nel grafene.
I gruppi di Nano-Cnr, Ifn-Cnr, Politecnico di Milano, Sns, Cambridge e Manchester, autori dello studio, hanno un ruolo di primo piano nella Graphene Flagship, il progetto europeo premiato con un maxi-finanziamento di un miliardo di euro per i prossimi dieci anni, che ha ufficialmente preso il via il primo ottobre scorso e coinvolge oltre 70 partner scientifici e industriali, con lo scopo di portare il grafene dai laboratori di ricerca alle applicazioni, attraverso tecnologie in una vastissima gamma di settori.
Data Pubblicazione sul portale: 27 Novembre 2013 Fonte: Consiglio Nazionale delle ricerche Aree Tematiche: Sistema Puglia, Ricerca e Innovazione Tecnologica Redazione: Redazione Sistema Puglia Letto: 251 volte