Si son rápidos al respecto, los electrones "calientes" excitados en un metal plasmónico pueden abrirse camino a través de una brecha a nanoescala hacia un metal vecino. Los científicos de la Universidad de Rice dijeron que lo bueno es lo que sucede en la brecha.
Un equipo de Rice descubrió que esos electrones pueden crear un fotovoltaje mil veces mayor que lo que se ve si no hay espacio. El hallazgo muestra que debería ser posible crear fotodetectores a nanoescala que conviertan la luz en electricidad y se puedan usar como sensores oen otra electrónica sofisticada.
Los resultados del laboratorio de Rice del físico de materia condensada Douglas Natelson aparecen en la American Chemical Society Revista de cartas de química física .
el laboratorio de Natelson estudia las propiedades electrónicas, magnéticas y ópticas de las estructuras a nanoescala, a menudo probando las propiedades de los sistemas que solo se pueden ver con un microscopio.
Algunos estudios involucran nanocables de oro enteros, y a veces el laboratorio rompe el cable para formar una brecha de solo unos pocos nanómetros milmillonésimas de metro. Un objetivo es entender si los electrones saltan el nanogap y cómo lo hacen en varias condiciones, como ultrafrío.temperaturas.
Al observar tales estructuras, los investigadores se encontraron estudiando las características a nanoescala de lo que se conoce como el efecto Seebeck termoeléctrico, descubierto en 1821, en el que el calor se convierte en electricidad en la unión de dos cables de diferentes metales.que se formaría un voltaje en un solo conductor cuando una parte está más caliente que la otra.
"Si desea hacer termostatos para su casa o el control de temperatura de su automóvil, así es como lo hace", dijo Natelson. "Une dos metales diferentes para hacer un termopar y pega esa unión donde desea medirla temperatura. Conociendo la diferencia entre los coeficientes Seebeck de los metales y midiendo el voltaje a través del termopar, puede trabajar hacia atrás para obtener la temperatura ".
Para ver cómo funciona en un solo metal en la nanoescala, Natelson, autor principal y ex investigador postdoctoral Pavlo Zolotavin y la estudiante graduada Charlotte Evans usaron un láser para inducir un gradiente de temperatura a través de un nanocable de oro en forma de corbatín. Eso creó un pequeñovoltaje, consistente con el efecto Seebeck. Pero con un nanogap que divide el cable, "los datos dejaron en claro que un mecanismo físico diferente está funcionando", escribieron.
El oro es un metal plasmónico, uno de una clase de metales que puede responder a la entrada de energía de un láser u otra fuente excitando plasmones en sus superficies. Las excitaciones plasmáticas son el chapoteo de electrones en el metal, comoagua en una cuenca.
Esto es útil, explicó Natelson, porque los plasmones oscilantes se pueden detectar. Dependiendo del metal y su tamaño y forma, estos plasmones solo pueden aparecer cuando la luz lo solicita a una longitud de onda particular.
En las pajaritas, la luz láser absorbida por los plasmones creó electrones calientes que eventualmente transfirieron su energía a los átomos en el metal, vibrándolos también. Esa energía se disipa en forma de calor. En cables continuos y sólidos, la diferencia de temperatura causada porel láser también creó voltajes pequeños, pero cuando los nanogaps estaban presentes, los electrones calientes pasaron por el vacío y crearon voltajes mucho más grandes antes de dispersarse.
"Es un resultado ordenado", dijo Natelson. "Los puntos principales son, primero, que podemos ajustar las propiedades termoeléctricas de los metales al estructurarlos en escalas pequeñas, de modo que podamos hacer termopares de un material. Segundo, unEl láser enfocado puede actuar como una fuente de calor local escaneable, lo que nos permite mapear esos efectos. La luz brillante en la estructura produce una pequeña fotovoltaje.
"Y en tercer lugar, en estructuras con huecos de tunelización verdaderamente a nanoescala 1-2 nanómetros, el fotovoltaje puede ser mil veces mayor, porque el proceso de tunelización usa efectivamente algunos de los electrones de alta energía antes de que su energía se pierda en el calor,"Dijo." Esto tiene potencial para las tecnologías de fotodetectores y muestra el potencial que se puede lograr si podemos usar electrones calientes antes de que tengan la oportunidad de perder su energía ".
El oro parece ser el mejor metal para mostrar el efecto hasta el momento, dijo Natelson, ya que los experimentos de control con alambres nanopapados de oro-paladio y níquel no funcionaron tan bien.
Los investigadores reconocen varias razones posibles para el efecto dramático, pero sospechan fuertemente que el túnel por los portadores calientes generados por la foto es el responsable.
"No necesitas plasmones para este efecto, porque cualquier absorción, al menos en poco tiempo, va a generar estos portadores calientes", dijo Zolotavin. "Sin embargo, si tienes plasmones, efectivamente aumentanabsorción. Interactúan con la luz con mucha fuerza, y el efecto se hace más grande porque los plasmones hacen que la absorción sea más grande ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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