В традиционных фотоэлектрических материалах, в зависимости от величины его запрещенной зоны, фотон возбуждает только один электрон, в электричество преобразуется только малая часть поглощаемого света, а остаток теряется в виде тепла.

В статье, подготовленной для майского выпуска Science Advances, инженеры Вашингтонского университета (UW) описали многообещающий способ, как, используя графен, можно заставить фотон возбуждать сразу несколько электронов.

Авторы поместили один моноатомный слой этого углеродного материала между двух слоёв гексагонального нитрида бора. По строению решетки последний очень напоминает графен, но, в отличие от него действует не как проводник, а как изолятор.

клетка бора
клетка бора

Образованная тремя 2D-слоями суперрешётка обладает нужными исследователям оптоэлектронными свойствами. В ней обнаружены уникальные квантовые зоны, известные как сингулярности Ван Хова – области огромной электронной плотности состояний, недоступные в чистом графене или нитриде бора.

Консервативные оценки авторов показывают, что в сингулярностях Ван Хова фотон высокой энергии способен «выбивать» до пяти электронов, образующих электрический ток без тепловых потерь. Эта особенность может найти применение при конструировании высокоэффективных солнечных батарей или фотосенсоров. Но предварительно исследователям придётся решить ряд важных проблем, в частности, организовать вывод возбужденных электронов и найти способ как устранить необходимость в воздействии на суперрешётку магнитным полем.