双曲线超材料可能推动太阳能成本下降，下降，下降

几个月来我们还没有检查超材料的情况，但这引起了我们的注意。由普渡大学牵头的一个比平常大的研究小组开发了一种新的双曲线超材料，该材料在光学领域具有许多应用，包括高效太阳能电池。尽管不是太阳能总成本的唯一因素，但效率的提高仍在朝着与化石燃料一样便宜（甚至比矿物燃料便宜）的稳定趋势中发挥重要作用。

普渡大学在超材料中的双曲线效应

超材料和太阳能电池

超材料是指一类新型工程材料，这些材料具有经过精确设计的纳米级特征，这些特征被蚀刻或分层到其表面上。在太阳能电池方面，如果您听说过“黑色金属”，那么您走对了。

在光学领域，超材料利用了等离子体效应。等离激元效应是指由于光的存在而释放的电子云。如果具有正确的表面结构，则可以操纵这些电子以实现更有效的光收集。

在早已为等离子太阳能电池开发的超材料中，早在2011年，我们就注意到斯坦福大学采用纳米级“华夫格”设计的超材料。用纳米柱或纳米棒设计的超材料也在研究中。

新的双曲线超材料解决了50年的难题

超材料发展的障碍之一是当前选择的金属是金和银，它们与集成电路的标准制造工艺不兼容。相对于其他选择，它们也不是特别有效的光导体。

对于他们的解决方案，由普渡大学领导的超材料团队设计了一种纳米级的“超晶格”晶体结构（超晶格是指层状生长的晶体），该晶体结构由金属氮化钛和一种称为铝氮化aluminum的半导体制成。

氮化钛具有类似于金的光学特性，但与金不同，它与制造标准（CMOS，对于那些在家中记分的人）兼容。氮化钛在高温下也是耐用且稳定的，并且因其能够在纳米级晶体膜中生长而闻名。

在当前的研究中，每层为5-20纳米。研究小组还证明，这些层的厚度可能只有2纳米，每个层的厚度约为8个原子。

根据普渡大学的主要作者Bivas Saha所述，这是数十年来研究中金属/半导体组合的首批成功演示之一：

人们已经尝试了50多年，以原子级精度将金属和半导体结合起来以构建超晶格。但是，这是实现该步骤的首批演示之一。我们在这里看到的迷人的光学性能体现了我们已经实现的非凡的结构控制。

当光沿一个方向通过时，该材料的行为类似于金属，但当光沿垂直方向通过时，该材料的作用类似于绝缘体（也称为电介质）。

这就是本文标题所指的“双曲线”效应，正如普度（Purdue）所解释的：

当光在一个方向上通过双曲线超材料时，它就像金属一样，在垂直方向上像电介质一样。这种“极端的各向异性”导致光的“双曲线色散”，并导致从设备中提取比其他方式更多的光子，从而实现了高性能。

我们构建了这种双曲超材料！

这并非没有代价，但这项研究部分由美国陆军研究办公室和美国国家科学基金会资助。

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