Asociado con visitas infelices al dentista, "cavidad" significa algo más en la rama de la física conocida como óptica.

En pocas palabras, una cavidad óptica es una disposición de espejos que permite que los rayos de luz circulen en caminos cerrados. Estas cavidades nos ayudan a construir cosas como láseres y fibras ópticas que se utilizan para las comunicaciones.

Ahora, Un equipo de investigación internacional impulsó el concepto más allá al desarrollar una "nanocavidad" óptica que aumenta la cantidad de luz que absorben los semiconductores ultrafinos. El avance podría conducir a, entre otras cosas, células fotovoltaicas más potentes y cámaras de video más rápidas; también podría ser útil para dividir el agua utilizando energía de la luz, que podría ayudar en el desarrollo de combustible de hidrógeno.

El equipo, compuesto por profesores y estudiantes de la Universidad de Buffalo y dos universidades chinas, presentó sus hallazgos el 24 de febrero en la revista Materiales avanzados .

"Solo estamos rascando la superficie, pero el trabajo preliminar que hemos realizado es muy prometedor, "dijo Qiaoqiang Gan, Doctor, autor principal y profesor adjunto de ingeniería eléctrica de la UB. "Este avance podría conducir a importantes avances en la captación y conversión de energía, seguridad y otras áreas que beneficiarán a la humanidad ".

Los semiconductores forman la base de la electrónica moderna. Funcionan manipulando el flujo de energía en dispositivos electrónicos. El material semiconductor más común, silicio, se utiliza para fabricar microchips para teléfonos móviles, computadoras y otros dispositivos electrónicos.

La industria ha seguido el ritmo de la demanda de dispositivos optoelectrónicos más delgados y potentes, en parte, reduciendo el tamaño de los semiconductores utilizados en estos dispositivos.

El problema, sin embargo, Es que estos semiconductores ultrafinos no absorben la luz tan bien como los semiconductores a granel convencionales. Por lo tanto, Existe una compensación intrínseca entre la capacidad de absorción óptica de los semiconductores ultrafinos y su capacidad para generar electricidad.

Como resultado, Los investigadores de todo el mundo están tratando de encontrar formas de aumentar la cantidad de luz que pueden absorber los semiconductores ultrafinos. Los investigadores de la Universidad de Harvard tuvieron recientemente diversos grados de éxito al combinar películas delgadas de germanio, otro semiconductor común, sobre una superficie dorada.

"Si bien los resultados son impresionantes, el oro es uno de los metales más caros, "dijo Suhua Jiang, profesor asociado de ciencia de los materiales en la Universidad Fudan en China. "Ilustramos una nanocavidad, hecho con aluminio u otros metales blanquecinos y aleaciones mucho menos costosas, se puede utilizar para aumentar la cantidad de luz que absorben los materiales semiconductores ".

La nanocavidad consta de, de abajo hacia arriba:aluminio, óxido de aluminio y germanio. En el experimento, la luz pasó a través del germanio, que tiene un grosor de 1,5 a 3 nanómetros, y circula en un camino cerrado a través del óxido de aluminio y el aluminio.

La tasa de absorción alcanzó un máximo del 90 por ciento, el germanio absorbe aproximadamente el 80 por ciento de la luz azul verdosa y el aluminio absorbe el resto. Esto es ideal dijo Haomin Song, Candidato a doctorado en ingeniería eléctrica por la UB y primer autor del artículo, porque la mayor parte de la luz permanece dentro del material semiconductor.

"La nanocavidad tiene muchas aplicaciones potenciales. Por ejemplo, podría ayudar a aumentar la cantidad de luz que las células solares pueden recolectar; podría implantarse en sensores de cámara, como los que se utilizan con fines de seguridad que requieren una respuesta de alta velocidad. También tiene propiedades que podrían ser útiles para la división del agua fotocatalítica, que podría ayudar a hacer realidad el combustible de hidrógeno, "Dijo Song.

Antes de que suceda algo de eso, sin embargo, se debe hacer más investigación, especialmente en lo que se refiere a cómo el semiconductor convertiría la luz en energía en lugar de calor.

El grupo de investigación de Gan está colaborando con Alexander Cartwright, Doctor, Catedrático de Ingeniería Eléctrica de la UB y vicepresidente de Investigación y Desarrollo Económico, y Mark Swihart, Doctor, Catedrático de Ingeniería Química y Biológica de la UB, para desarrollar dispositivos de captación de energía ultrafinos.

Gan también está trabajando con Hao Zeng, Doctor, Profesor asociado de física de la UB, para estudiar su efecto sobre la fotocatálisis.