研究人员揭示一种测量热载流子能量分布的独特方法,未来有望应用于国防领域

密歇根大学、普渡大学和英国利物浦大学的一个合作研究小组一起工作超过18个月,揭示一种测量热载流子能量分布的独特方法,未来有望应用于国防领域–例如,具有额外能量的电子存在于金属纳米结构中。这些成果有望在开发未来的能量转换和光催化以及光电探测器等方面的应用中发挥关键作用,而这些应用是国防部非常感兴趣的。

例如,如果您想利用光将水分解为氢和氧,则可以使用热载流子,因为能量更高的电子可以更容易地参与反应并更快地推动反应。这是热载体在能量转换或存储应用中的一种可能用途。

这项研究结果还证实,更薄的金属在利用光产生热载流子方面更有效。光可以推动电子在金银等材料表面运动,产生称为表面等离子体波。这些波又可以产生热载流子。

研究人员将电荷载体能量分布与室温下的空气中的通常分布进行了比较。空气中的分子并不都具有相同的能量 — 它们的平均能量由温度所反映。负电荷电子和正电荷空穴的能量通常遵循材料内的相似分布。但在支持表面等离子体的材料中,光可以被用来给一些电荷载体提供额外的能量,就好像该材料的温度要高得多-超过华氏2,000度。

该团队通过将激光照射到厚度仅为13纳米或百来个左右的金原子金膜上,并形成微小的凸脊,使它们与激光产生共振并产生表面等离子体激元,从而创建了热载流子。然后,他们通过将电荷载体通过守门分子引入金电极(扫描隧道显微镜的尖端)来测量电荷载体的能量。

实验的关键是那些由利物浦团队和一家私人公司合成的关守分子。分子仅允许具有一定能量的载流子通过。通过对不同分子进行重复实验,研究人员弄清了载流子的能量分布。这个分子过滤器的想法是过去该领域没有人实现的。

一旦他们开发出成功的方法,研究人员就用另一种金结构重复实验,这种金结构的厚度约为6纳米。这种结构比13纳米的版本更有效地产生了热电荷载体。

研究人员揭示一种测量热载流子能量分布的独特方法,未来有望应用于国防领域

这项多学科基础研究工作揭示了一种测量电荷载流子能量的独特方法。通过现在展示的方法,该团队相信其他人可以用它来探索和优化纳米结构。这在诸如将太阳光转化为化学能的应用中很重要,因为热载流子的数量会影响催化剂将光能引导至化学反应的程度。

上一篇:

下一篇:


标签