29 juni 2020 (Nanowerk Nieuws) Het zien van licht uit een experiment op nanoschaal kwam niet als een grote verrassing voor natuurkundigen van Rice University. Maar het trok hun aandacht toen dat licht 10,000 keer helderder was dan ze hadden verwacht. Doug Natelson, natuurkundige van gecondenseerde materie, en zijn collega's van Rice en de University of Colorado Boulder ontdekten deze enorme emissie van een nanoschaal tussen twee elektroden gemaakt van plasmonische materialen, met name goud. Het lab had een paar jaar geleden ontdekt dat opgewonden elektronen die over de opening springen, een fenomeen dat bekend staat als tunneling, een grotere spanning creëerden dan wanneer er geen opening in de metalen platforms was. In de nieuwe studie in het tijdschrift American Chemical Society Nano Letters ("Elektrisch aangedreven opwekking van hete dragers en bovengemiddelde lichtemissie in plasmonische tunnelovergangen"), toen deze hete elektronen werden gecreëerd door elektronen die naar een tunnel tussen gouden elektroden werden gedreven, zonden hun recombinatie met gaten helder licht uit, en hoe hoger de ingangsspanning, hoe helderder het licht.
Natuurkundigen van Rice University ontdekken dat plasmonische metalen kunnen worden aangezet om "hete dragers" te produceren die op hun beurt onverwacht helder licht uitzenden in openingen op nanoschaal tussen elektroden. Het fenomeen zou nuttig kunnen zijn voor fotokatalyse, kwantumoptica en opto-elektronica. (Afbeelding: Longji Cui en Yunxuan Zhu / Rice University) Het effect hangt af van de plasmonen van het metaal, energierimpelingen die over het oppervlak stromen. "Mensen hebben het idee onderzocht dat de plasmonen belangrijk zijn voor het elektrisch aangedreven lichtemissiespectrum, maar deze hete dragers niet in de eerste plaats genereren," zei Natelson. "Nu weten we dat plasmonen meerdere rollen spelen in dit proces." De onderzoekers vormden verschillende metalen tot microscopisch kleine vlinderdasvormige elektroden met nanogaps, een testbed ontwikkeld door het laboratorium waarmee ze gelijktijdig elektronentransport en optische spectroscopie kunnen uitvoeren. Goud presteerde het best onder de elektroden die ze probeerden, inclusief verbindingen met plasmondempend chroom en palladium die werden gekozen om de rol van de plasmonen in het fenomeen te helpen definiëren. "Als de enige rol van de plasmonen is om te helpen het licht naar buiten te koppelen, dan is het verschil tussen werken met goud en zoiets als palladium een factor 20 of 50", zei Natelson. "Het feit dat het een factor 10,000 is, vertelt je dat er iets anders aan de hand is." De reden lijkt te zijn dat plasmonen "vrijwel onmiddellijk" vervallen in hete elektronen en gaten, zei hij. "Dat continue karnen, waarbij stroom wordt gebruikt om het materiaal te schoppen in het genereren van meer elektronen en gaten, geeft ons deze stabiele hete distributie van dragers, en we hebben het minutenlang kunnen volhouden", zei Natelson. Door het spectrum van het uitgestraalde licht toonden de metingen van de onderzoekers aan dat die hete dragers erg heet zijn en temperaturen boven de 3,000 graden Fahrenheit bereiken, terwijl de elektroden relatief koel blijven, zelfs met een bescheiden input van ongeveer 1 volt. Natelson zei dat de ontdekking nuttig zou kunnen zijn bij de vooruitgang van opto-elektronica en kwantumoptica, de studie van licht-materie-interacties op verdwijnend kleine schaal. "En wat de chemie betreft, is het idee dat je zeer hete dragers kunt hebben, opwindend", zei hij. “Het impliceert dat je bepaalde chemische processen sneller kunt laten verlopen dan normaal. "Er zijn veel onderzoekers die geïnteresseerd zijn in plasmonische fotokatalyse, waar je licht in laat schijnen, plasmonen prikkelt en de hete dragers van die plasmonen interessante chemie doen", zei hij. “Dit vult dat aan. In principe zou je plasmonen elektrisch kunnen exciteren en de hete dragers die ze produceren, kunnen interessante chemie doen. "
