Các nhà vật lý của Đại học Case Western Reserve đang phát triển lớp phủ quang học siêu mỏng có thể kéo dài đáng kể tuổi thọ của các tấm pin mặt trời cũng như cải thiện các lĩnh vực như lưu trữ dữ liệu hoặc bảo vệ chống hàng giả.
a FROC bao gồm hai bộ hấp thụ ánh sáng ghép nối; một bộ hấp thụ băng thông rộng và một bộ hấp thụ băng hẹp (Fabry-Perot, FP). FROC thể hiện đỉnh phản xạ ở vùng cộng hưởng khoang FP. b Sự phản xạ đo được từ khoang FP có độ dày điện môi khác nhau. c Sự phản xạ đo được từ cùng các khoang FP được hiển thị trong (b) sau khi đặt màng Ge 15nm để tạo ra FROC. Góc tới trong (b) và (c) là 15 o . Nhà cung cấp: Truyền thông Tự nhiên (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39602-2
Giáo sư vật lý Giuseppe Strangi của Case Western Reserve cho biết: “Hãy tưởng tượng một thế giới nơi các bề mặt không chỉ hiển thị màu sắc rực rỡ mà còn đóng vai trò là nền tảng thu năng lượng hiệu quả”. "Đó là thế giới mà chúng tôi đang đưa ra ánh sáng."
Strangi đang dẫn đầu một nhóm nghiên cứu phát triển các lớp phủ quang học mới mỏng như vài lớp nguyên tử. Chúng có thể đồng thời truyền và phản chiếu ánh sáng dải hẹp với độ sống động và độ tinh khiết vô song của màu sắc.
Strangi nói: “Chúng hoạt động giống như những cửa sổ trong suốt có chọn lọc và như những tấm gương phản chiếu, và độ chính xác này cho phép chúng tôi điều khiển sự xuất hiện của ánh sáng phản chiếu”.
Kéo dài tuổi thọ của tấm pin mặt trời
Strangi cho biết ứng dụng hứa hẹn nhất cho lớp phủ quang học mới là kéo dài tuổi thọ của các tấm pin mặt trời.
Các tấm pin mặt trời thường có tuổi thọ khoảng 20 đến 30 năm. Trong số các lý do: Ánh sáng mặt trời cung cấp năng lượng nhưng cũng làm nóng tấm pin, làm giảm hiệu suất ngắn hạn và độ bền lâu dài khi nó phá vỡ vật liệu.
Đó là bởi vì có hai dải cụ thể trong năng lượng ánh sáng: Một dải (quang điện) có thể được lưu trữ dưới dạng năng lượng, trong khi dải kia (nhiệt) làm nóng tấm pin.
Strangi nói: “Tuy nhiên, cho đến nay, bạn không thể phân biệt được giữa hai điều này, vì vậy để có được năng lượng, bạn cũng phải chấp nhận sức nóng”. "Các lớp phủ của chúng tôi tách biệt hai loại này, dẫn đến tăng sản lượng điện trong thời gian ngắn và tăng gấp sáu lần tuổi thọ của tấm pin." Case Western Reserve đã nhận được bằng sáng chế về vật liệu mới, Strangi cho biết.
Nhóm nghiên cứu – bao gồm giáo sư vật lý Michael Hinczewski của CWRU và các cộng tác viên tại MIT, Đại học Arizona và Đại học Rochester – cũng đang làm việc với các cộng tác viên công nghiệp ở Hoa Kỳ và Phần Lan để khám phá việc mở rộng quy mô công nghệ.
Phát hiện của họ đã được công bố trên tạp chí Nature Communications . Công trình gần đây nhất này được xây dựng dựa trên những phát hiện ban đầu của nhóm, được xuất bản vào năm 2021 trên tạp chí Nature Nanotechnology , về cái mà họ gọi là “Lớp phủ quang học cộng hưởng Fano”.
Di sản ánh sáng của Ugo Fano
Các vật liệu mới được đặt theo tên của Ugo Fano, một nhà vật lý người Ý từng làm việc với Enrico Fermi trong các thí nghiệm phân hạch vào những năm 1930.
Những hiểu biết sâu sắc độc đáo của Fano là về thứ gọi là "hình dạng vạch quang phổ" hay hình dung về sự thay đổi năng lượng trong một phân tử hoặc thậm chí là một nguyên tử. Nhóm của Strangi đã có thể điều khiển các hình dạng đường Fano đó—tức là năng lượng—bằng cách giới hạn các trạng thái rời rạc trong vùng liên tục bằng cách sử dụng quang tử màng mỏng.
Các ứng dụng khác cho nghiên cứu mới rất đa dạng. Strangi cho biết những tiến bộ mới về "màu sắc cấu trúc" sẽ cải thiện công nghệ hiển thị máy tính, tăng khả năng lưu trữ dữ liệu , cải thiện các biện pháp chống hàng giả và thậm chí cho phép có nhiều biến thể hơn trong cách trang trí.
