«Hot» ηλεκτρόνια σε μεταλλικές νανοδομές-μη θερμαντικούς φορείς ή θέρμανση;
Τα τελευταία χρόνια υπήρξε αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη μελέτη των καυτών ηλεκτρονίων σε μεταλλικές νανοδομές. Τα Hot Electrons είναι ηλεκτρόνια που έχουν ενθουσιαστεί για τις ενέργειες πολύ πάνω από το επίπεδο Fermi και μπορούν να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο σε μια ποικιλία φυσικών διεργασιών, όπως η πλασμονική, η φωτοκατατάλυση και η θερμοηλεκτρική ενέργεια.
Ένα από τα βασικά ερωτήματα σχετικά με τα καυτά ηλεκτρόνια είναι αν μπορούν να θεωρηθούν ως μη θερμικός πληθυσμός των μεταφορέων. Σε μια θερμική ισορροπία, η κατανομή των ενεργειών ηλεκτρονίων ακολουθεί μια κατανομή Fermi-Dirac και η μέση ενέργεια ηλεκτρονίων δίνεται από την ενέργεια Fermi. Ωστόσο, όταν παράγονται καυτά ηλεκτρόνια, η κατανομή ενέργειας τους μπορεί να αποκλίνει σημαντικά από την κατανομή Fermi-Dirac και μπορούν να έχουν μια μέση ενέργεια που είναι πολύ υψηλότερη από την ενέργεια Fermi.
Υπάρχουν δύο κύριοι μηχανισμοί που μπορούν να οδηγήσουν στη δημιουργία καυτών ηλεκτρονίων σε μεταλλικές νανοδομές:
* Οπτική διέγερση: Όταν μια μεταλλική νανοδομή φωτίζεται με φως, τα φωτόνια μπορούν να απορροφηθούν από τα ηλεκτρόνια στο μέταλλο και αυτό μπορεί να τα διεγείρει σε υψηλότερα επίπεδα ενέργειας.
* Ηλεκτρική ένεση: Τα ζεστά ηλεκτρόνια μπορούν επίσης να δημιουργηθούν εφαρμόζοντας τάση σε μεταλλική νανοδομή. Αυτό μπορεί να προκαλέσει ηλεκτρόνια από το ένα ηλεκτρόδιο στο άλλο, και αυτό μπορεί να τους δώσει αρκετή ενέργεια για να γίνουν ζεστά ηλεκτρόνια.
Μόλις δημιουργηθούν ζεστά ηλεκτρόνια, μπορούν να αλληλεπιδράσουν με το πλέγμα της μεταλλικής νανοδομής και αυτό μπορεί να οδηγήσει στη μεταφορά ενέργειας από τα καυτά ηλεκτρόνια στο πλέγμα. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως σύζευξη ηλεκτρονίων-φωνών και μπορεί να οδηγήσει στη θέρμανση της μεταλλικής νανοδομής.
Η θέρμανση των μεταλλικών νανοδομών από τα καυτά ηλεκτρόνια μπορεί να έχει πολλές σημαντικές συνέπειες. Για παράδειγμα, μπορεί να οδηγήσει σε αλλαγές στις οπτικές ιδιότητες της μεταλλικής νανοδομής και μπορεί επίσης να επηρεάσει την ηλεκτρική αγωγιμότητα και τη θερμική αγωγιμότητα της μεταλλικής νανοδομής.
Η μελέτη των καυτών ηλεκτρόνων σε μεταλλικές νανοδομές είναι ένας πολύπλοκος και προκλητικός τομέας, αλλά είναι επίσης ένας πολύ σημαντικός τομέας, καθώς τα καυτά ηλεκτρόνια μπορούν να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο σε μια ποικιλία φυσικών διεργασιών. Με την κατανόηση της συμπεριφοράς των καυτών ηλεκτρονίων, μπορούμε να σχεδιάσουμε μεταλλικές νανοδομές που έχουν τις επιθυμητές ιδιότητες για μια ποικιλία εφαρμογών.
