碳奈米管驚現「光能升級」效應！太陽能技術將迎革命性突破

日本理化學研究所(RIKEN)的科學家團隊揭開了一項驚人發現：碳奈米管竟能將吸收的光能「升級」後釋放！這項突破性研究刊登於《先進光子學》期刊，可能為太陽能技術與生物醫學影像帶來革命性進展。

多數人都看過螢光塗料在紫外線照射下發光的現象，這屬於典型的光致發光(photoluminescence)效應——材料吸收高能紫外光後，釋放出能量較低的可見光。但科學家最新發現，某些特殊材料竟能反其道而行，實現「上轉換光致發光」(UCPL)效應，也就是吸收低能光後釋放更高能量的光。

研究團隊領導人加藤雄一郎解釋，在傳統光致發光過程中，電子吸收光子能量後會與電洞形成「激子」(exciton)，最終重新結合時會釋放能量較低的光子。但在UCPL過程中，激子反而能從材料的晶格振動(聲子)獲得額外能量，使釋放的光子能量高於吸收值。

這項研究最令人驚豔之處在於，科學家發現即使沒有結構缺陷的單壁碳奈米管，也能高效實現UCPL效應。團隊證實，當電子被光激發時，會同時獲得聲子能量形成「暗激子」狀態，最終釋放出能量升級的光。

「提高溫度會增強UCPL效應，這完全符合我們的理論模型預測。」加藤表示：「因為高溫環境下聲子數量更多，大幅提升了聲子媒介的能量轉換效率。」

研究團隊下一步計畫探索如何利用雷射照射冷卻奈米管，並開發基於此效應的新型光電裝置。這項發現不僅為太陽能電池效率提升開闢新途徑，更可能催生新一代量子光電元件，引領未來光電技術革命。

科學新知不漏接：立即訂閱《科技日報》電子報