Высокотемпературная плазмоника сулит инновации в солнечных батареях и HDD

Новые плазмонные метаматериалы, способные функционировать при высоких температурах, могут существенно улучшить работу солнечных батарей. Тонкий (около 500 нм) плазмонный слой действует как промежуточный спектральный преобразователь, поглощая широкий солнечный спектр и переизлучая в диапазоне, более подходящем для солнечных батарей. Теоретически, таким образом можно увеличить эффективность их работы с 15 вплоть до 85%.

Однако, в современных плазмонных устройствах часто используются золото и серебро, неспособные выдерживать высокие температуры. Эти металлы также плохо совместимы с КМОП-технологиями, применяемыми в индустрии для изготовления интегральных схем.

Поэтому, исследователи из Университета Пердью предложили заменить золото и серебро на нитрид титана и нитрид циркония — материалы, которые сохраняют стабильность при температурах около 1500 ºC, до которых нагреваются плазмонные преобразователи в солнечных элементах. Полученные ими результаты, о которых повествует статья, появившаяся в прошлую пятницу в журнале Science, могут также оказаться полезны при совершенствовании технологий записи информации с нагревом носителя (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR).

Как отмечается в статье, вольфрам или тантал, с которыми экспериментировали ранее, не являются хорошими плазмонными материалами и использовать эти металлы можно только создавая слои в 20 раз толще, чем из плазмонных метаматериалов. Большая толщина не позволяет слою быстро прогреваться и увеличивает уязвимость к механическим напряжениями, обусловленным циклическим нагревом фотоячеек или быстрым вращением жестких дисков HAMR.

Предложенный авторами нитрид титана обладает сочетанием тугоплавкости и высокой прочности, оптимальным для наноантенн HAMR, располагающихся очень близко к вращающейся на большой скорости пластине жесткого диска и нагревающихся в процессе работы до температур более 400 ºC.

Фирма Nano-Meta Technologies, основанная участниками проекта, первоначально сосредоточится на трех областях прикладного применения плазмонных метаматериалов. Наряду с солнечной фотоэлектроникой и HAMR это будет новая концепция клинической терапии: введенные в кровь наночастицы нитрида титана накапливаются в опухолях и, нагреваясь под действием внешнего облучения на определенной длине волны, убивают раковые клетки.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365