Membuka kunci dunia rahasia rangsangan gelap untuk energi generasi berikutnya
Para ilmuwan telah membuka kunci dunia rahasia rangsangan gelap – pembawa energi kecil yang penting untuk masa depan tenaga surya dan LED.
Menggunakan teknik mikroskop canggih, para peneliti telah memetakan pembentukannya dengan detail yang belum pernah terjadi sebelumnya, membuka pintu baru untuk meningkatkan efisiensi energi dalam bahan mutakhir.
Melacak pembawa energi yang tidak terlihat dalam teknologi generasi berikutnya
Bagaimana teknologi canggih seperti sel surya dibuat lebih efisien? Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh University of Göttingen telah mengambil langkah besar untuk menjawab pertanyaan ini dengan teknik inovatif.
Untuk pertama kalinya, para ilmuwan dapat dengan tepat melacak pergerakan rangsangan gelap – pembawa energi kecil yang sulit dipahami – baik dalam waktu dan ruang. Partikel -partikel yang sebelumnya tidak terdeteksi ini dapat memainkan peran penting dalam pengembangan sel surya, LED, dan sensor di masa depan. Temuan tim diterbitkan di Fotonik Alam.
Apa itu rangsangan gelap dan mengapa itu penting?
Eksiton gelap terbentuk ketika elektron bersemangat dan meninggalkan “lubang,” menciptakan pasangan yang mengikat yang membawa energi tetapi tidak memancarkan cahaya – karenanya istilah “gelap.” Cara yang berguna untuk memvisualisasikan ini adalah membayangkan sebuah balon (elektron) melayang pergi, meninggalkan ruang kosong (lubang) yang tetap ditambatkan oleh kekuatan tak terlihat yang disebut interaksi Coulomb.
Sementara keadaan partikel ini sulit dideteksi, mereka sangat signifikan dalam bahan semikonduktor dua dimensi yang sangat tipis. Memahami perilaku mereka dapat membuka jalan bagi kemajuan besar dalam teknologi hemat energi.
Terobosan dalam memahami rangsangan gelap
Dalam publikasi sebelumnya, kelompok penelitian yang dipimpin oleh Profesor Stefan Mathias dari Fakultas Fisika di Universitas Göttingen dapat menunjukkan bagaimana rangsangan gelap ini dibuat dalam waktu yang singkat dan menggambarkan dinamika mereka dengan bantuan teori mekanik kuantum.
Dalam penelitian ini, tim kini telah mengembangkan teknik baru yang dikenal sebagai “mikroskop momentum medan gelap ultrafast,” dan menggunakannya untuk pertama kalinya. Ini memungkinkan mereka untuk menunjukkan betapa rangsangan gelap terbentuk dalam bahan khusus yang terbuat dari tungsten diselenide (wse₂) dan molybdenum disulfide (mos₂) – dan dalam waktu yang menakjubkan, yang hanya berlangsung dengan 55 femtoseconds (0,0000000000.00055 detik) diukur dengan resolusi precise dari 480 nanom.
Merevolusi sel surya dan ilmu material
“Metode ini memungkinkan kami untuk mengukur dinamika operator pengisian dengan sangat tepat,” jelas penulis pertama Dr. David Schmitt, juga dari fakultas fisika Universitas Göttingen. “Hasilnya memberikan wawasan mendasar tentang bagaimana sifat -sifat sampel mempengaruhi pergerakan pembawa muatan. Ini berarti bahwa teknik ini dapat digunakan di masa depan untuk secara khusus meningkatkan kualitas dan oleh karena itu juga efisiensi sel surya, misalnya. ”
Marcel Reutzel, pemimpin kelompok penelitian junior dalam kelompok penelitian Mathias, menambahkan: “Ini berarti bahwa teknik ini dapat digunakan tidak hanya untuk sistem yang dirancang khusus ini, tetapi juga untuk penelitian tentang jenis bahan baru.”
Referensi: “Pencitraan Nano-UltraFast dari Eksiton Gelap” oleh David Schmitt, Jan Philipp Bange, Wiebke Bennecke, Giuseppe Meneghini, Abdulaziz Almutaairi, Marco Merboldt, Jonas Pöhls, Kenji Watanabe, Takashi, Tanziiguchi, Sheom, Tanhan, Takashi, Tanasri, Hofmann, Samuel Brem, GS Matthijs Jansen, Ermin Malic, Stefan Mathias dan Marcel Reutzel, 3 Januari 2025, Fotonik Alam.
Doi: 10.1038/s41566-024-01568-y
Penelitian ini didukung oleh pusat penelitian kolaboratif yang didanai DFG “kontrol konversi energi pada skala atom” dan “matematika eksperimen” di Göttingen dan pusat penelitian kolaboratif “struktur dan dinamika antarmuka dalam” di Marburg.
