وبحسب شبكة منظمة الفيزيائيين فقد أفاد مؤخرا أن باحثين فنلنديين طوروا كاشف ضوئي من السيليكون الأسود بكفاءة كمية خارجية تبلغ 130%، وهي المرة الأولى التي تتجاوز فيها كفاءة الأجهزة الكهروضوئية الحد النظري البالغ 100%، ومن المتوقع أن يؤدي ذلك إلى تحسين كفاءة أجهزة الكشف الضوئية بشكل كبير، وتستخدم هذه الأجهزة على نطاق واسع في السيارات والهواتف المحمولة والساعات الذكية والمعدات الطبية.
الكاشف الضوئي هو مستشعر يقيس الضوء أو أي طاقة كهرومغناطيسية أخرى، ويحوّل الفوتونات إلى تيار كهربائي، وتُشكّل الفوتونات الممتصة أزواجًا من الإلكترونات والفجوات. يشمل الكاشف الضوئي ثنائيًا ضوئيًا وترانزستورًا ضوئيًا، إلخ. تُستخدم الكفاءة الكمية لتحديد نسبة الفوتونات التي يستقبلها جهاز مثل الكاشف الضوئي إلى زوج من الإلكترونات والفجوات، أي أن الكفاءة الكمية تساوي عدد الإلكترونات المولدة ضوئيًا مقسومًا على عدد الفوتونات الساقطة.
عندما يُنتج فوتون ساقط إلكترونًا في دائرة خارجية، تكون الكفاءة الكمومية الخارجية للجهاز 100% (كان يُعتقد سابقًا أنها الحد النظري). في أحدث دراسة، بلغت كفاءة كاشف الضوء المصنوع من السيليكون الأسود 130%، ما يعني أن فوتونًا ساقطًا واحدًا يُنتج حوالي 1.3 إلكترون.
وفقًا لباحثي جامعة آلتو، يكمن السر وراء هذا الإنجاز الكبير في عملية مضاعفة حاملات الشحنة التي تحدث داخل البنية النانوية الفريدة لكاشف الضوء المصنوع من السيليكون الأسود، والتي تُحفّزها فوتونات عالية الطاقة. في السابق، لم يتمكن العلماء من رصد هذه الظاهرة في الأجهزة الحقيقية نظرًا لوجود خسائر كهربائية وبصرية قلّلت من عدد الإلكترونات المجمعة. وأوضحت البروفيسورة هيرا سيفرن، قائدة الدراسة: "لا تحتوي أجهزتنا النانوية على إعادة تركيب أو خسارة انعكاس، ما يسمح لنا بجمع جميع حاملات الشحنة المضاعفة".
تم التحقق من هذه الكفاءة من قبل معهد التكنولوجيا الفيزيائية التابع للجمعية الوطنية الألمانية للمترولوجيا (PTB)، وهي خدمة القياس الأكثر دقة وموثوقية في أوروبا.
وأشار الباحثون إلى أن هذه الكفاءة القياسية تعني أن العلماء قادرون على تحسين أداء أجهزة الكشف الضوئي الكهربائي بشكل كبير.
قال الدكتور ميكو جونتونا، الرئيس التنفيذي لشركة ElfysInc، المملوكة لجامعة آلتو: "لقد حظيت أجهزة الكشف لدينا باهتمام كبير، لا سيما في مجالات التكنولوجيا الحيوية ومراقبة العمليات الصناعية". ويُقال إن الشركة بدأت في تصنيع هذه الأجهزة للاستخدام التجاري.
وقت النشر: ١١ يوليو ٢٠٢٣