Gli scienziati dei materiali presso il Nano/Bio Interface Center dell'Università della Pennsylvania hanno dimostrato la trasduzione della radiazione ottica in corrente elettrica in un circuito molecolare. Il sistema, una serie di molecole d'oro di dimensioni nanometriche, rispondono alle onde elettromagnetiche creando plasmoni di superficie che inducono e proiettano corrente elettrica attraverso le molecole, simile a quello delle celle solari fotovoltaiche.

I risultati possono fornire un approccio tecnologico per la raccolta di energia a maggiore efficienza con un circuito di dimensioni nanometriche in grado di autoalimentarsi, potenzialmente attraverso la luce solare. Recentemente, i plasmoni di superficie sono stati progettati in una varietà di dispositivi attivati ​​dalla luce come i biosensori.

È anche possibile che il sistema possa essere utilizzato per l'archiviazione di dati informatici. Mentre il processore del computer tradizionale rappresenta i dati in forma binaria, sia acceso che spento, un computer che utilizzasse tali circuiti fotovoltaici potrebbe memorizzare dati corrispondenti alle lunghezze d'onda della luce.

Poiché i composti molecolari presentano un'ampia gamma di proprietà ottiche ed elettriche, le strategie di fabbricazione, i test e le analisi chiariti in questo studio possono costituire la base di una nuova serie di dispositivi in ​​cui le proprietà elettriche controllate da plasmoni di singole molecole potrebbero essere progettate con ampie implicazioni per i circuiti plasmonici e i dispositivi optoelettronici e di raccolta dell'energia.

Dawn Bonnell, un professore di scienza dei materiali e il direttore del Nano/Bio Interface Center a Penn, e colleghi hanno fabbricato una serie di fotosensibili, nanoparticelle d'oro, collegandoli su un substrato di vetro. Riducendo al minimo lo spazio tra le nanoparticelle a una distanza ottimale, i ricercatori hanno usato la radiazione ottica per eccitare gli elettroni conduttivi, chiamati plasmoni, per cavalcare la superficie delle nanoparticelle d'oro e focalizzare la luce sulla giunzione dove le molecole sono collegate. L'effetto plasmone aumenta l'efficienza della produzione attuale nella molecola di un fattore dal 400 al 2000 percento, che possono poi essere trasportati attraverso la rete verso il mondo esterno.

Nel caso in cui la radiazione ottica ecciti un plasmone di superficie e le nanoparticelle siano accoppiate in modo ottimale, un grande campo elettromagnetico viene stabilito tra le particelle e catturato da nanoparticelle d'oro. Le particelle poi si accoppiano tra loro, formando un percorso percolativo attraverso elettrodi opposti. La dimensione, la forma e la separazione possono essere adattate per progettare la regione della luce focalizzata. Quando la dimensione, la forma e la separazione delle particelle sono ottimizzate per produrre antenne ottiche "risonanti", fattori di miglioramento di migliaia
potrebbe risultare.

Per di più, il team ha dimostrato che l'entità della fotoconduttività delle nanoparticelle accoppiate al plasmone può essere regolata indipendentemente dalle caratteristiche ottiche della molecola, un risultato che ha implicazioni significative per i futuri dispositivi optoelettronici su nanoscala.

"Se l'efficienza del sistema potesse essere aumentata senza ulteriori, limitazioni impreviste, potremmo concepibilmente produrre un amplificatore, campione da un volt del diametro di un capello umano e lungo un pollice, " ha detto Bonnell.

Lo studio è pubblicato nell'attuale numero della rivista ACS Nano .