Как один фотон рождает двойной заряд экспресс
Солнечный свет падает на вещество, и каждый фотон выбивает один электрон. Таков привычный порядок, из-за которого обычные батареи не могут превратить в электричество больше трети энергии — остальное рассеивается теплом. Но есть процесс, похожий на игру в бильярд, где один шар раскалывает сразу два: умножение носителей (carrier multiplication). Один фотон порождает не одну, а несколько заряженных частиц.
До сих пор идеального умножения добиться не удавалось: рождённые носители быстро теряли энергию, сталкиваясь с атомной решёткой, как бегуны, спотыкающиеся о кочки. Авторы работы взяли монослой диселенида молибдена — плёнку толщиной в один атом — и проследили за движением горячих носителей с помощью сверхкоротких лазерных вспышек (ультрабыстрая спектроскопия). Оказалось, что в таком тонком слое рассеяние почти исчезает: частицы летят свободно, не растрачивая энергию на толчки. Одновременно сама структура материала — так называемая вложенность зон — открывает множество каналов для рождения пар.
Сравнение с толстым кристаллом того же состава подчеркнуло разницу: в объёме умножение шло куда хуже. В монослое же эффективность достигла теоретического предела, который ставит лишь закон сохранения энергии и импульса. Это не просто лабораторный рекорд — материал может стать основой для новых солнечных элементов, обходящих классический потолок Шокли–Квайссера и приближающих нас к батареям, где почти каждый фотон отдаёт всё, что у него есть.
Монослой MoSe2 можно получить простым отшелушиванием скотчем от кристалла — тем же методом, которым в 2004 году получили первый графен.
В романе «Солярис» Станислава Лема океан планеты преобразует излучение с непостижимой эффективностью — умножение носителей в монослое напоминает шаг к такой фантастической энергетике.