萊斯大學教授的將光升頻的方法可以使太陽能電池更有效率，并且使治療疾病的納米顆粒更有效。
電氣和計算機工程助理教授Gururaj Naik引領(lǐng)的實驗中，結(jié)合了等離激元金屬和半導體量子阱，以提高光的頻率，改變其顏色。
在納米級樣品上，斯坦福大學的博士后研究員Naik，研發(fā)了一款專門定制的塔，該塔被綠色光擊中，產(chǎn)生更高能量的藍色輝光。他說：“我采用低能量光子并將其轉(zhuǎn)換成高能光子。”
Naik說，有效的光的升頻可能會讓太陽能電池轉(zhuǎn)而額外消耗紅外太陽光并轉(zhuǎn)化為電能或幫助光敏納米微粒治療病變細胞。
這項研究刊登在美國化學學會的“Nano Letters”上。
魔法發(fā)生在塔的內(nèi)部，塔橫向測量大約100納米的范圍。當被特定波長的光激發(fā)時，塔的尖端上的金點將光能轉(zhuǎn)換成等離子體，像池塘上的波紋一樣，等離子體能量的波形有節(jié)奏地濺射在橫跨金表面。等離激元壽命是短暫的，當他們衰落時，他們以兩種方式之一釋放自己的能量；它們或者激發(fā)光中的一個光子，或者通過傳輸它們的能量給一個電子-一個“熱”電子-來產(chǎn)生熱量。
在斯坦福大學Naik的研究受到了以及納米光子學實驗室的NaomiHalas教授和Peter Nordlander教授的突破性的工作的啟發(fā)，他們已經(jīng)表明，激發(fā)等離激元的材料也激發(fā)了“熱載流子”- 電子和空穴-在材料內(nèi)部（空穴是當電子被激發(fā)到更高的狀態(tài)時產(chǎn)生的空位，使其原子產(chǎn)生一個正電荷。）
在一年前加入了萊斯大學的學院的Naik教授說到：“等離子體激元在將光壓縮到納米尺度方面真的很棒。”，“但是，這一切都是以某種東西為代價的，Halas和Nordlander表示，你可以以電能的形式提取光學損耗，我的想法是把電能轉(zhuǎn)換回至光的形式。”
他使用設(shè)計了氮化鎵和氮化銦鎵的輪換層的塔，頂層鍍上一層薄薄的金并被銀包圍。Naik的策略是將熱電子和熱空穴導向作為電子捕獲量子阱的氮化鎵和氮化鎵銦基底，而不是讓熱載流子逃走。這些阱具有固定的能帶隙，該能帶隙隔絕電子和空穴，直到它們以足夠的能量跨越能帶間隙重新組合，并以更高的頻率釋放光子。
Naik說，現(xiàn)今用于片上通信、光動力治療、安全和數(shù)據(jù)存儲的上升頻器的效率在5％到10％的范圍內(nèi)。量子理論證實最高可達到50％的效率（“因為我們吸收兩個光子來發(fā)射一個光子”），但他說，25％是他的方法的實際目標。
Naik表示，他的設(shè)備可以通過改變粒子的大小和形狀以及層的厚度進行調(diào)整。他說：“基于鑭系元素和有機分子的升頻器會以設(shè)定的頻率發(fā)射和吸收光，因為它們被固定在原子或分子能量水平。“我們可以設(shè)計量子阱并調(diào)整其能帶間隙以在我們想要的頻率范圍內(nèi)發(fā)射光子，并且類似地設(shè)計以不同的頻率吸收的金屬納米結(jié)構(gòu)。這意味著我們幾乎可以獨立地設(shè)計吸收和發(fā)射，這在以前是不可能的。
在與Stanley Dionne合作發(fā)表了一篇為其實驗做準備的理論性文章后，Naik在Stanley Dionne的斯坦福大學實驗室工作的同時，建立并測試了塔陣列概念原型。
“這是一個固態(tài)設(shè)備”，Naik就原型機說到。“下一步是通過用適當尺寸和形狀的金屬涂覆量子點來制造獨立的顆粒。”
他表示，這些作為醫(yī)療造影劑或藥物輸送載體顯示出潛力。Naik說：“紅外光對組織具有更深的穿透力，藍光可以引起藥物輸送所必需的反應(yīng)。”，“人們使用升頻器將藥物傳遞到身體的所需部分，并從外部照射紅外線來傳遞藥物并使藥物活躍。
他說，顆粒物也可以制作一種不可見的墨水。“你可以使用一個升頻器寫字，沒有人會知道你寫的內(nèi)容，直到你用高強度紅外線照射，且字的顏色轉(zhuǎn)換成可見光。”
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