Voir la lumière émerger d’une expérience à l’échelle nanométrique n’a pas été une grande shock pour les physiciens de l’Université Rice. Mais il a attiré leur attention lorsque cette lumière était 10 000 fois plus lumineuse que prévu.

Le physicien de la matière condensée Doug Natelson et ses collègues de Rice et de l’Université du Colorado Boulder ont découvert cette émission large à partir d’un espace à l’échelle nanométrique entre deux électrodes en matériaux plasmoniques, en particulier l’or.

Les physiciens voient une lumière étonnamment forte, une chaleur élevée à partir de nano-espaces entre les électrodes plasmoniques

Il y a quelques années, le laboratoire avait découvert que des électrons excités sautant dans l’espace, un phénomène connu sous le nom de tunneling, créaient une stress in addition élevée que s’il n’y avait pas d’espace dans les plates-formes métalliques.



Dans la nouvelle étude de la revue Nano Letters de l’American Chemical Society, lorsque ces électrons chauds ont été créés par des électrons dirigés vers un tunnel entre des électrodes en or, leur recombinaison avec des trous a émis une lumière vive et as well as la tension d’entrée est élevée, furthermore la lumière est brillante.

L’étude menée par Natelson et les auteurs principaux Longji Cui et Yunxuan Zhu apparaît dans la revue Nano Letters de l’American Chemical Modern society et devrait intéresser ceux qui recherchent l’optoélectronique, l’optique quantique et la photocatalyse.

L’effet dépend des plasmons du métal, des ondulations d’énergie qui traversent sa floor. « Les gens ont exploré l’idée que les plasmons sont importants pour le spectre d’émission de lumière entraînée électriquement, mais ne génèrent pas ces porteurs chauds en leading lieu », a déclaré Natelson. « Nous savons maintenant que les plasmons jouent plusieurs rôles dans ce processus. »

Les chercheurs ont formé plusieurs métaux en électrodes microscopiques en forme de noeud papillon avec des nano-lacunes, un banc d’essai développé par le laboratoire qui leur permet d’effectuer simultanément le transportation d’électrons et la spectroscopie optique. L’or a été le furthermore performant parmi les électrodes qu’ils ont essayées, y compris les composés contenant du chrome et du palladium amortissant les plasmon choisis pour aider à définir la section des plasmons dans le phénomène.

« Si le seul rôle des plasmons est d’aider à coupler la lumière, alors la différence entre travailler avec de l’or et quelque chose comme le palladium pourrait être un facteur de 20 ou 50 », a déclaré Natelson. « Le fait que ce soit un facteur de 10 000 vous indique que quelque chose de différent se passe. »

La raison semble être que les plasmons se désintègrent « presque immédiatement » en électrons et trous chauds, a-t-il dit. « Ce barattage continu, en utilisant du courant pour donner un coup de pied au matériau pour générer furthermore d’électrons et de trous, nous donne cette distribution à chaud en régime permanent, et nous avons pu la maintenir pendant des minutes à la fois », a déclaré Natelson.

À travers le spectre de la lumière émise, les mesures des chercheurs ont révélé que ces porteurs chauds sont vraiment chauds, atteignant des températures supérieures à 3000 degrés Fahrenheit tandis que les électrodes restent relativement froides, même avec une entrée modeste d’environ 1 volt.

Natelson a déclaré que la découverte pourrait être utile dans l’avancée de l’optoélectronique et de l’optique quantique, l’étude des interactions lumière-matière à des échelles disparates. « Et du côté de la chimie, cette idée que vous pouvez avoir des supports très chauds est excitante », a-t-il déclaré. « Cela implique que certains processus chimiques peuvent s’exécuter additionally rapidement que d’habitude.

« Il y a beaucoup de chercheurs intéressés par la photocatalyse plasmonique, où vous brillez la lumière, excitez les plasmons et les porteurs chauds de ces plasmons font une chimie intéressante », a-t-il déclaré. « Cela complète cela. En principe, vous pouvez exciter électriquement les plasmons et les supports chauds qu’ils produisent peuvent faire une chimie intéressante. »