使用納米尺度組件，喬治亞理工學(xué)院的研究者們演示了第一個(gè)光學(xué)整流器，它是一個(gè)結(jié)合天線和整流二極管功能的裝置，能直接將光轉(zhuǎn)換為直流電。
基于多層碳納米管和在其上制造的微小整流器，光學(xué)整流天線可能提供一種用于能量采集的新技術(shù)，包括不需要冷卻就能運(yùn)作的光電探測(cè)器、把余熱轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?、以及高效地捕獲太陽(yáng)能。
在該新設(shè)備中，碳納米管充當(dāng)天線捕獲來(lái)自太陽(yáng)或其他光源的光。當(dāng)光波擊中納米管天線時(shí)，它們產(chǎn)生振蕩電荷流經(jīng)相連的整流裝置，整流器以創(chuàng)紀(jì)錄的拍赫（PHz，1015Hz）頻率開(kāi)關(guān)，產(chǎn)生出小股直流電流。
目前為止演示的器件效率在1%以下，但研究者們希望用數(shù)十億個(gè)整流天線的陣列來(lái)增加輸出，可能會(huì)產(chǎn)生可觀的電流。他們相信具有商業(yè)潛力的整流天線可能會(huì)在一年內(nèi)可用。
“我們最終可能造出效率兩倍而成本低十倍的太陽(yáng)能電池，對(duì)我來(lái)說(shuō)這是一個(gè)以非常高大上的方式改變世界的機(jī)會(huì)?！弊糁蝸喞砉W(xué)院?jiǎn)讨巍·伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院副教授BaratundeCola說(shuō)?！叭绻覀兡苓_(dá)到1%的效率，這些整流天線作為魯棒的高溫探測(cè)器可以成為完全顛覆性的技術(shù)。如果我們能夠獲得更高的效率，我們可以把它應(yīng)用到能源轉(zhuǎn)換技術(shù)和太陽(yáng)能捕獲上。”
在喬治亞理工學(xué)院Baratunde Cola的實(shí)驗(yàn)室里，碳納米管光學(xué)整流天線將綠激光轉(zhuǎn)換為電力。
“整流天線基本上就是一個(gè)天線和整流二極管配對(duì)，但是當(dāng)你踏入光學(xué)頻譜，這通常意味著納米尺度天線和金屬-絕緣體-金屬二極管相耦合，”Cola解釋道，“你的天線越接近二極管，效率就越高。因此理想的結(jié)構(gòu)將天線作為二極管中的金屬極之一——這就是我們所制造的結(jié)構(gòu)?！?
Cola的小組所制造的該整流天線培養(yǎng)在剛性基底上，但目標(biāo)是在能生產(chǎn)出柔性太陽(yáng)能電池或光電探測(cè)器的箔或其它材料上生長(zhǎng)它們。
Cola把至今為止建造出的整流天線視為簡(jiǎn)單的原理證明，“我們認(rèn)為，我們可以僅僅通過(guò)改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)的制造工藝，就能把阻抗降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。根據(jù)其他人的工作，以及理論向我們所展示的，我相信這些設(shè)備可能達(dá)到超過(guò)40%的效率?！?
該研究受到美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）、空間與海戰(zhàn)（SPAWAR）系統(tǒng)中心和陸軍研究辦公室（ARO）支持，九月二十八日發(fā)表在《自然納米技術(shù)》期刊上。
整流天線在六七十年代研發(fā)，已經(jīng)運(yùn)作在短至十微米的波長(zhǎng)上，但40多年來(lái)研究者們一直試圖制造可見(jiàn)光波段上的設(shè)備，這里有許多挑戰(zhàn)：使天線足夠小能耦合光學(xué)波長(zhǎng)，并制造一個(gè)匹配的整流二極管，使之足夠小、操作足夠快以捕獲電磁波振蕩。但高效率和低成本的潛力讓科學(xué)家們?cè)诖思夹g(shù)上前仆后繼。
整流天線的制造始于在導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)垂直排列的碳納米管森林。利用化學(xué)氣相沉積的原子層，碳納米管覆以鋁氧化物材料來(lái)絕緣，最后，用物理氣相沉積來(lái)沉積光學(xué)透明的鈣薄膜，然后在碳納米管森林頂部沉積金屬鋁。碳納米管和鈣之間的功函數(shù)差異提供約2電子伏特的電勢(shì)，足以驅(qū)動(dòng)電子在受光激發(fā)時(shí)流出碳納米管天線。
在運(yùn)作中，光振蕩波通過(guò)透明的鈣鋁電極并與碳納米管相作用。碳納米管尖端的金屬-絕緣體-金屬接合處充當(dāng)以飛秒間隔開(kāi)關(guān)的整流器，使天線產(chǎn)生的電子單向流入頂部電極。低至幾個(gè)阿法（10-18法拉）的超低電容讓這些10納米直徑的二極管能在這種超常的頻率運(yùn)作。
使用納米尺度組件，喬治亞理工學(xué)院的研究者們演示了第一個(gè)光學(xué)整流器，它是一個(gè)結(jié)合天線和整流二極管功能的裝置，能直接將光轉(zhuǎn)換為直流電。
