科学家们设计了一种称为拓扑褶皱的能量携带粒子 用于动力电池组件

加州大学圣地亚哥分校，麻省理工学院和哈佛大学的科学家们设计了“拓扑plexcitons”，这种能量携带颗粒有助于设计新型太阳能电池和微型光学电路，研究人员在最新一期“自然通讯”上发表的一篇文章报道了他们的进展，在Lilliputian固态物理世界中，光和物质以奇怪的方式相互作用，在它们之间来回交换能量。

“当光与物质相互作用时，它们会交换能量，”加州大学圣地亚哥分校化学与生物化学助理教授，该论文的第一作者JoelYuen-Zhou解释道。“能量可以在金属中的光（所谓的等离子体激元）和分子中的光（所谓的激子）之间来回流动。当这种交换比它们各自的衰变速率快得多时，它们的个体身份就会丢失，而且它更多准确地将它们视为混合粒子;激子和等离子体结合形成plexcitons。

材料科学家一直在寻找方法来增强称为激子能量转移（EET）的过程，以创造更好的太阳能电池以及比硅同类产品小几十倍的微型光子电路。

“理解EET增强的基本机制将改变我们对太阳能电池设计的思考方式，或改变纳米材料中能量传输的方式，”Yuen-Zhou说，然而，EET的缺点是这种形式的能量转移是极短距离的，仅在10纳米的范围内，并且当激子与不同分子相互作用时迅速消散，避免这些缺点的一种解决方案是将分子晶体中的激子与金属内的集体激发杂化以产生plexcitons，其行进20,000纳米，长度大约为人类头发的宽度。

Plexcitons有望成为下一代纳米光子电路，光捕获太阳能结构和化学催化装置的组成部分。但Yuen-Zhou表示，plexcitons的主要问题在于它们沿着各个方向运动，这使得它很难在材料或装置中正确利用。

他和麻省理工学院和哈佛大学的物理学家和工程师团队通过设计称为“拓扑丛”的粒子找到了解决该问题的方法，该粒子基于固态物理学家能够开发出称为“拓扑绝缘体”的材料的概念。

“拓扑绝缘体是大体上完美的电绝缘体，但其边缘表现为完美的一维金属电缆，”Yuen-Zhou说。“拓扑绝缘体的一个令人兴奋的特点是，即使材料不完美且有杂质，也会有很大的操作阈值，其中沿一个方向开始行进的电子不能反弹，使电子传输变得强大。换句话说，人们可能会认为关于电子对杂质的盲目性。

与电子相反，Plexcitons没有电荷。然而，正如Yuen-Zhou和他的同事发现的那样，他们仍然继承了这些强大的方向性。将这种“拓扑”特征添加到plexcitons会产生EET的方向性，这是研究人员之前没有想到的特征。这最终使工程师能够创建plexcitonic开关，以选择性地将能量分配到新型太阳能电池或光捕获设备的不同组件上。