佐治亞理工學院的工程師們利用納米技術的優勢，創造了一個能捕獲可見光并且將其轉化成直流電的整流天線。整流天線過去僅能吸收微波能量，并將其轉換成可用的電能。捕獲可見光并且將其轉化成直流電在過去被認為是不切實際的想法，但碳納米管和微觀制造技術進步，已經允許佐治亞技術研究所工程師創建整流天線，捕獲和將光能轉化為直流電流。研究人員認為，他們的成果最終可讓太陽能收集效率翻倍。

在喬治亞理工學院Baratunde Cola的實驗室里，碳納米管光學整流天線將綠激光轉換為電力。(credit: Rob Felt, Georgia Tech)

整流天線40年前已經出現，已被用于微波捕獲和能量轉換，這些微波波長越短于10微米（在紅外范圍內），并已用于近場通信（NFC）等方面。然而，研究人員一直在試圖創建一個在可見光波段的整流天線，但收效甚微。

整流天線的制造始于在導電基底上生長垂直排列的碳納米管森林。利用化學氣相沉積的原子層，碳納米管覆以鋁氧化物材料來絕緣，最后，用物理氣相沉積來沉積光學透明的鈣薄膜，然后在碳納米管森林頂部沉積金屬鋁。碳納米管和鈣之間的功函數差異提供約2電子伏特的電勢，足以驅動電子在受光激發時流出碳納米管天線。

在運作中，光振蕩波通過透明的鈣鋁電極并與碳納米管相作用。碳納米管尖端的金屬-絕緣體-金屬接合處充當以飛秒間隔開關的整流器，使天線產生的電子單向流入頂部電極。低至幾個阿法(10-18法拉)的超低電容讓這些10納米直徑的二極管能在這種超常的頻率運作。

喬治亞理工學院開發的光學整流天線元件示意圖(credit: Thomas Bougher, Georgia Tech)

這些進步使研究人員能夠使用化學氣相沉積在硅襯底的頂部，培育千億垂直排列的碳納米管陣列上。這些納米管采用釉面與鋁氧化物絕緣體，而整個陣列加蓋透光性鈣薄層，使用鋁作為陽極。

多壁碳納米管由光輻射振蕩產生電能，然后通過內置的整流器，其中的交流電轉換成直流電，進而對設備充電。這些整流器接通和切斷速度驚人，在每秒一千萬億次，推動電子穿過最表層的電極來創建少量的直流電。

盡管這些設備目前的效率不到百分之一，喬治亞理工學院工程師正在努力優化技術，他們相信有商業價值的整流天線可能一年內就會出現。

該研究受到美國國防高級研究計劃局(DARPA)、空間與海戰(SPAWAR)系統中心和陸軍研究辦公室(ARO)支持，相關論文在線發表于9月29日的《自然·納米技術》上。