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水稻物理实验室的好主意是纯金的

更新时间:2020-07-17 00:45点击:

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物理学家从等离子体电极之间的纳米间隙中看到了令人惊讶的强光和高热。

对于莱斯大学的物理学家来说,在纳米尺度的实验中看到光并不是什么大惊喜。但当这束光比他们预期的要亮1万倍时,它引起了他们的注意。

凝聚态物理学家Doug Natelson和他在莱斯大学和科罗拉多大学博尔德分校的同事们发现,等离子体材料(尤其是金)的两个电极之间的纳米级间隙产生了这种巨大的辐射。

实验室在几年前就发现,激发的电子跃起缝隙,即所谓的隧穿现象,会比金属平台上没有缝隙时产生更大的电压。

在美国化学学会期刊《纳米快报》上的一项新研究中,当电子被驱动到金电极之间的隧道中产生这些热电子时,它们与空穴重新结合会发出明亮的光,而且输入电压越大,光就越亮。

这项由Natelson和主要作者Cui Longji和Yunxuan Zhu领导的研究发表在美国化学学会期刊《纳米快报》上,应该会引起光电子学、量子光学和光催化研究人员的兴趣。

这种效应取决于金属的电浆子,即流过表面的能量波纹。人们已经探索了等离子体激元对电驱动的光发射光谱很重要的想法,但首先并没有产生这些热载流子,Natelson说。现在我们知道等离子体在这个过程中起着多种作用。

研究人员将几种金属制成带有纳米间隙的微小蝴蝶结状电极,这是该实验室开发的试验台,可以同时进行电子传输和光谱学研究。在他们尝试过的电极中,金表现得最好,包括与等离子体阻尼铬的化合物和被选择用来帮助定义等离子体的钯;部分原因在于这种现象。

“;如果plasmons’唯一的作用是帮助照明,那么黄金和钯之类的东西之间的差别可能是20或50倍。Natelson说。事实上,它是1万的因数,这告诉你正在发生一些不同的事情。

原因似乎是等离子体激元几乎是立即衰变的。变成了热电子和空穴,他说。这种持续的搅动,利用电流使材料产生更多的电子和空穴,给了我们载流子的稳定热分布,我们能够一次维持这种状态数分钟,Natelson说。

研究人员通过发出的光的光谱,测量结果显示,这些热载流子的温度确实很高,达到了华氏3000度以上,而电极保持相对凉爽,即使输入电压只有1伏特左右。

纳特尔森说,这一发现可能有助于光电子学和量子光学的发展,这两种光学研究的是在极小尺度上研究光与物质的相互作用。在化学方面,你可以有非常热的载流子的想法是令人兴奋的,他说。它意味着你可以使某些化学过程比平常运行得更快。

有很多研究人员对电浆子光催化感兴趣,你把光照射进去,激发电浆子,这些电浆子的热载流子做有趣的化学,他说。“没有,这个补充。原则上,你可以电激发等离子体激元,它们产生的热载流子可以进行有趣的化学反应。

参考文献:电驱动热载流子产生和等离子体隧道连接处的阈上光发射作者:Longji Cui, Yunxuan Zhu, Mahdiyeh Abbasi, Arash Ahmadivand, Burak Gerislioglu, Peter Nordlander and Douglas Natelson, Nano Letters, 2020年6月22日。

DOI: 10.1021 / acs.nanolett.0c02121

这篇论文的共同作者是莱斯大学研究生Mahdiyeh Abbasi和Burak Gerislioglu、讲师Arash Ahmadivand和Peter Nordlander,他是Wiess物理学和天文学的主席,也是电子和计算机工程以及材料科学和纳米工程的教授。崔曾是莱斯大学的博士后研究员,现在是科罗拉多大学博尔德分校机械工程和材料科学与工程的助理教授。朱是莱斯大学的一名研究生。他是物理学和天文学的主席和教授,电子和计算机工程以及材料科学和纳米工程的教授。

j·埃文斯·阿特威尔·韦尔奇奖学金、赖斯的小利-库尔研究所、罗伯特·a·韦尔奇基金会、科罗拉多大学、国家科学基金会和空军科学研究办公室支持了这项研究。