על פי רשת ארגון הפיזיקאים דיווחו לאחרונה כי חוקרים פינים פיתחו פוטו-גלאי סיליקון שחור עם נצילות קוונטית חיצונית של 130%, וזו הפעם הראשונה שהיעילות של מכשירים פוטו-וולטאיים חורגת מהגבול התיאורטי של 100%, מה שצפוי להיות מאוד לשפר את היעילות של מכשירי זיהוי פוטו-אלקטרי, ומכשירים אלה נמצאים בשימוש נרחב במכוניות, טלפונים ניידים, שעונים חכמים וציוד רפואי.
פוטו-גלאי הוא חיישן שיכול למדוד אור או אנרגיה אלקטרומגנטית אחרת, להמיר פוטונים לזרם חשמלי, והפוטונים הנקלטים יוצרים זוגות אלקטרונים-חורים. הפוטו-גלאי כולל פוטודיודה ופוטוטרנזיסטור וכו'. יעילות קוונטית משמשת להגדרת אחוז הפוטונים המתקבלים על ידי מכשיר כגון פוטו-גלאי לתוך זוג אלקטרונים-חור, כלומר, היעילות הקוונטית שווה למספר האלקטרונים שנוצרו בפוטו חלקי ב מספר הפוטונים המתרחשים.
כאשר פוטון נופל מייצר אלקטרון למעגל חיצוני, היעילות הקוונטית החיצונית של המכשיר היא 100% (בעבר חשבו שהיא הגבול התיאורטי). במחקר האחרון, לפוטו-גלאי הסיליקון השחור הייתה יעילות של עד 130 אחוז, מה שאומר שפוטון תקף אחד מייצר כ-1.3 אלקטרונים.
לפי חוקרי אוניברסיטת אלטו, הנשק הסודי מאחורי פריצת הדרך הגדולה הזו הוא תהליך הכפלת נושאי המטען המתרחש בתוך הננו-מבנה הייחודי של גלאי הסיליקון השחור, המופעל על ידי פוטונים עתירי אנרגיה. בעבר, מדענים לא הצליחו לצפות בתופעה במכשירים אמיתיים, משום שנוכחותם של הפסדים חשמליים ואופטיים הפחיתה את מספר האלקטרונים שנאספו. "למכשירים הננו-מובנים שלנו אין ריקומבינציה ואין אובדן השתקפות, כך שנוכל לאסוף את כל נושאי המטען המרובים", הסבירה מובילת המחקר פרופסור הרה סברן.
יעילות זו אומתה על ידי המכון לטכנולוגיה פיזיקלית של האגודה הלאומית למטרולוגיה (PTB), שירות המדידה המדויק והאמין ביותר באירופה.
החוקרים מציינים שיעילות שיא זו פירושה שמדענים יכולים לשפר מאוד את הביצועים של מכשירי זיהוי פוטו-אלקטריים.
"הגלאים שלנו עוררו עניין רב, במיוחד בתחומי ביוטכנולוגיה וניטור תהליכים תעשייתיים", אמר ד"ר מיקו ג'ונטונה, מנכ"ל ElfysInc, חברה בבעלות אוניברסיטת אלטו. נמסר כי הם החלו לייצר גלאים כאלה לשימוש מסחרי.
זמן פרסום: יולי-11-2023