采用多壁碳纳米管，并内置纳米整流器，已经制备出将光转换成直流电流的光学整流天线（天线整流二极管）。

 

图为乔治亚理工学院开发的光学整流天线。

图片来源：Thomas Bougher，乔治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）

光学整流天线有望成为不需要冷却的光电探测器，以及将余热转换成电能的能量采集器，还有望促进太阳能捕获效率的提升。

这种器件中，碳纳米管作为天线捕获光。光波接触纳米管天线时，产生振荡电荷，振荡电荷穿过整流装置。整流器以皮赫兹级别的频率开/关，产生很小的直流电流（DC）。

数十亿个整流天线构成一个阵列，从而产生大量的电流。然而，他们表现出的效率不足1%。研究团队认为优化技术可在一年内提高输出，使这种整流天线实现商业化。

“我们最终可以使太阳能电池的效率提高两倍，而成本降低至1/10，这对我而言是改变世界的一次机会。”乔治亚理工学院Baratunde Cola教授如是说。

研究人员采用纳米尺度元件，展示了第一个光学整流装置，该装置结合了天线和整流二极管的功能，将光直接转换成DC电流。

整流天线发展于上世纪六七十年代，一直都只在很短的10um波长上发挥功效。自那时起，研究人员一直尝试制造高难度的光波装置。这种天线必须足够小，以耦合光波，而且整流二极管必须能够快速操作以捕获电磁波振荡。然而，整流天线捕获可见光的成本低廉且效率高，促使研究人员继续进行研究。

“物理和科学概念已经很明确。得益于制造技术的发展，现在是尝试新事物并使其有效工作的最佳时机。”Baratunde Cola教授如是说。

研究团队利用纳米制造技术以及金属多壁碳纳米管来制备这种器件，利用的是光的波动性而不是粒子性。研究人员发现这种装置的有效温度范围是5°C至 77°C之间。

为了制备这种整流天线，研究人员在导电基底上构建垂直排列的碳纳米管阵列森林。采用原子层化学气相沉积方法在纳米管原位生长氧化铝涂层。接着采用物理气相沉积方法沉积光学透明的薄钙层，覆盖纳米管森林。获得2eV的电位差，这足以使碳纳米管天线吸收可见光之后喷射出电子。

振荡波形式的光穿过钙-铝电极后，与纳米管发生相互作用。碳纳米管尖端的金属-绝缘体-金属结，即为整流器。这些整流器在飞秒级的时间间隔上进行开和关。这意味着电子沿一个方向流向顶电极。10nm的二极管具有超低电容，因此只在如此高的频率（10-18F级）下有效。

“整流天线基本上就是一个天线连接到二极管上，但移至光谱范围内时，通常意味着纳米级天线连接到金属-绝缘体-金属二极管上。天线与二极管的距离越近，效率就越高。因此，理想的结构是将天线作为二极管中的一个金属——也就是我们做的这种结构。”Baratunde Cola如是说。

该整流天线生长在刚性的基板上，而研究团队的目标是想把整流天线生长在金属箔或其他适合发展柔性光探测器及太阳能电池的材料上。Cola打算采用多种方法来提高整流天线的效率，比如改变材料，在碳纳米管中引入多导电通道，以及降低结构阻力。

“我们认为我们可以通过提高器件结构的制备，将电阻降低几个数量级。”“根据其他人做的研究以及理论，我相信这种器件的效率能够达到40%以上。”Baratunde Cola如是说。 

新材料在线编译整理——翻译：菠菜     校正：摩天轮